POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu PRACA DOKTORSKA mgr inż. Jakub Murawski Organizacja terminali intermodalnych w sieci transportowej z zastosowaniem algorytmów genetycznych Promotor: dr hab. inż. Ilona Jacyna Gołda Promotor pomocniczy: dr inż. Szymon Fierek Poznań, 2017

2 2

3 SPIS TREŚCI WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SKRÓTÓW I OZNACZEŃ... 6 STRESZCZENIE... 8 ABSTRACT WPROWADZENIE IDENTYFIKACJA PROBLEMU BADAWCZEGO Transport i jego rola w obsłudze ładunków definicja podstawowych pojęć Rodzaje struktur sieci transportowej w literaturze Problematyka organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej Cel i zakres pracy CHARAKTERYSTYKA INTERMODALNYCH TECHNOLOGII PRZEWOZOWYCH Rola i znaczenie transportu intermodalnego Technologie transportu intermodalnego Technologia kontenerów wielkich i specjalizowanych Technologia bimodalna Technologia ruchomej drogi Technologia nadwozi wymiennych i naczep transportu kombinowanego Pozostałe technologie transportu intermodalnego Determinanty doboru technologii transportu intermodalnego ZADANIA I FUNKCJE TERMINALI INTERMODALNYCH JAKO ELEMENTÓW SIECI TRANSPORTOWEJ Terminal intermodalny jako element sieci transportowej Charakterystyka terminali intermodalnych Funkcje terminali intermodalnych Terminale intermodalne w Polsce METODY I NARZĘDZIA WYKORZYSTYWANE W PROJEKTOWANIU INTERMODALNYCH SIECI TRANSPORTOWO-LOGISTYCZNYCH

4 4.1 Problemy decyzyjne w transporcie dotyczące konfiguracji sieci Algorytmy stosowane w projektowaniu sieci logistycznych Algorytmy tradycyjne i heurystyczne oraz możliwości ich zastosowania Algorytmy mrówkowe i możliwości ich zastosowania do zagadnień konfiguracji sieci logistycznej Algorytmy genetyczne i możliwości ich zastosowania do zagadnień konfiguracji sieci logistycznej Metody lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej Kryteria wyboru lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej Kryteria klasyfikacji metod konfiguracji sieci logistycznej z rozmieszczeniem punktów węzłowych Charakterystyka wybranych metod konfiguracji sieci logistycznej z rozmieszczeniem punktów węzłowych Procedura konfiguracji intermodalnej sieci transportowej z uwzględnieniem lokalizacji punktów przeładunkowych MODEL ORGANIZACJI INTERMODALNEJ SIECI TRANSPORTOWEJ Założenia ogólne Identyfikacja elementów modelu intermodalnej sieci transportowej Opis struktury intermodalnej sieci transportowej Parametryzacja elementów struktury intermodalnej sieci transportowej Zmienne decyzyjne problemu wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej Sformułowanie zadania optymalizacyjnego wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej ALGORYTM METODY WYZNACZANIA ORGANIZACJI INTERMODALNEJ SIECI TRANSPORTOWEJ Założenia ogólne metody Algorytm genetyczny fazy optymalizacyjnej Algorytm wyznaczający wartość struktury macierzowej

5 6.4 Algorytm wyznaczania populacji początkowej Selekcja Krzyżowanie Mutacja IMPLEMENTACJA METODY WYBORU ORGANIZACJI INTERMODALNEJ SIECI TRANSPORTOWEJ Ogólna charakterystyka aplikacji komputerowej Moduł wejściowy Moduł obliczeniowy Moduł wyjściowy PRAKTYCZNY PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA METODY Dane wejściowe Wariant A Wariant B Analiza wyników PODSUMOWANIE I WNIOSKI BIBLIOGRAFIA Spis rysunków Spis tabel

6 WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SKRÓTÓW I OZNACZEŃ A1 algorytm genetyczny wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej, A2 algorytm wyznaczania wartości funkcji kryterium struktury macierzowej, A3 algorytm wyznaczania populacji początkowej, A4 algorytm reprodukcji, A5 algorytm krzyżowania, A6 algorytm mutacji, zbiór charakterystyk opisanych na elementach struktury intermodalnej sieci, graf struktury intermodalnego systemu transportowego, zbiór numerów terminali transportu intermodalnego, HHS sieć typu Hybrid Hub&Spoke, zbiór numerów nadawców ładunków, ITLP intermodal transport location problem, zbiór numerów odbiorców ładunków, JŁTI jednostka ładunkowa transportu intermodalnego, zbiór połączeń występujących pomiędzy elementami intermodalnej sieci transportowej, model organizacji intermodalnej sieci transportowej, organizacja realizacji zadań przewozowych w intermodalnej sieci transportowej, zbiór numerów typów środków transportowych przeznaczonych do realizacji zadań w intermodalnych technologiach przewozowych, zbiór numerów technologii transportu intermodalnego, zadanie przewozowe (potok ruchu) zadane dla intermodalnego systemu transportowego, zbiór numerów elementów intermodalnej sieci transportowej, h h wskaźnik określający czy h-ty terminal ma możliwość obsługi -tej technologii transportu intermodalnego, wskaźnik określający czy ze względów technicznych możliwe jest przystosowanie h-tego terminalu do obsługi -tej technologii transportu intermodalnego,

7 1 koszt jednostkowy przewozu ładunku od -tego nadawcy do -tego odbiorcy z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego, 2 koszt jednostkowy przewozu ładunku od h-tego do h -tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego, 3 koszt jednostkowy przewozu ładunku od h-tego terminalu do -tego odbiorcy z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego, 4 koszt jednostkowy przewozu ładunku od -tego nadawcy do -tego odbiorcy bezpośrednio, stały koszt eksploatacji h-tego terminalu transportu intermodalnego, koszt realizacji przeładunku w h-tym terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego, wartość nakładów niezbędnych do uruchomienia h-tego terminalu transportu intermodalnego, wartość nakładów niezbędnych do uruchomienia obsługi -tej technologii transportu intermodalnego w h-tym terminalu, wielkość ładunków, które muszą zostać przetransportowane od -tego nadawcy do -tego odbiorcy, 1 liczba ładunków przewożonych od -tego nadawcy do h-tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego, 2 liczba ładunków przewożonych od h-tego do h -tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego, 3 liczba ładunków przewożonych od h-tego terminalu do -tego odbiorcy 4 5 z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego, liczba ładunków przewożonych bezpośrednio od -tego nadawcy do -tego odbiorcy, wskaźnik określający czy h-ty terminal został przystosowany do obsługi -tej technologii transportu intermodalnego, maksymalna liczba jednostek ładunkowych jakie mogą został przeładowane w h-tym terminalu transportu intermodalnego, minimalna liczba jednostek ładunkowych jakie powinny zostać przeładowane w h-tym terminalu aby jego uruchomienie było opłacalne, zdolność przeładunkowa h-tego terminalu ze względu na realizację przeładunków z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. 7

8 STRESZCZENIE Dysertacja poświęcona jest problematyce organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej. W rozprawie przenalizowano przedmiotowy problem badawczy, sformułowano zadanie optymalizacyjne oraz zaproponowano autorską metodę wyznaczania organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej, która została zaimplementowana w postaci aplikacji komputerowej. Rozprawa została podzielona na osiem rozdziałów. W pierwszym z nich przeprowadzono szczegółową analizę krajowych i zagranicznych źródeł literaturowych w zakresie m.in. rodzajów struktur sieci transportowej oraz organizacji terminali intermodalnych. Na podstawie przeprowadzonej analizy sformułowano obszar badawczy. W rozdziale drugim poruszono kwestię znaczenia transportu intermodalnego dla systemu transportowego na poziomie krajowym i europejskim. Ponadto dokonano przeglądu technologii transportu intermodalnego dostępnych na rynku transportowym oraz scharakteryzowano najpopularniejsze z nich. W trzecim rozdziale rozprawy skupiono się na opisie uwarunkowań technicznoorganizacyjnych terminali intermodalnych. Wskazano jaka jest rola obiektów logistycznych tego typu w sieci transportowej oraz jakie pełnią funkcje. Z kolei rozdział czwarty został poświęcony przeglądowi metod i narzędzi wykorzystywanych w projektowaniu intermodalnych sieci transportowo-logistycznych. W piątym rozdziale dokonano formalizacji problemu wyznaczania organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej. Poprzez zdefiniowanie danych wejściowych, zmiennych decyzyjnych, ograniczeń oraz funkcji celu sformułowano zadanie optymalizacyjne. Szósty rozdział rozprawy dotyczy opisu algorytmu metody wyznaczania organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej z wykorzystaniem algorytmu genetycznego. Siódmy rozdział został poświęcony aplikacji komputerowej, która została podzielona na trzy moduły: wejściowy (wczytywania danych), obliczeniowy (optymalizacyjny) oraz wyjściowy (prezentacji wyników obliczeń). W rozdziale siódmym przedstawiono wyniki obliczeń wykonanych z wykorzystaniem opracowanej metody dla danych rzeczywistych. Wnioski wynikające z dysertacji oraz kierunek dalszych prac zawarto w końcowej części rozprawy.

9 ABSTRACT Organization of intermodal terminals in a transport network using genetic algorithms This dissertation focuses on the problem of intermodal terminal organization in a transport network. After an analysis of the research problem was carried out, an optimization task was formulated and the author proposed a new method of determining the organization of intermodal terminals in the transport network, which was implemented in the form of a computer application. The dissertation was divided into eight chapters. The first chapter contains a detailed analysis of domestic and foreign literature sources related to the types of transport network structures and organization of intermodal terminals. Based on the analysis, the research area was formulated. Chapter two deals with the importance of intermodal transport for the transport system at national and European levels. Moreover, the intermodal transport technology available on the transport market was reviewed and the most popular technologies were characterized. In the third chapter of the dissertation, we focused on the description of the technical and organizational conditions of intermodal terminals. The role and function of intermodal terminals have been outlined. Chapter four includes the review of methods and tools used in the design of intermodal transport and logistics networks. In the fifth chapter, the problem of determining the organization of intermodal terminals in the transport network was formalized. Defining input data, decision variables, constraints, and objective functions have been formulated into an optimization task. The sixth chapter describes the algorithm for determining the organization of intermodal terminals in a transport network using a genetic algorithm. The seventh chapter focuses on computer application, which was divided into three modules: input (data acquisition), computation (optimization) and output (presentation of calculation results). The results of calculations obtained using the developed method for real data were presented in the seventh chapter. The conclusions and the direction of further research were included in the final part of the dissertation.

10 1. WPROWADZENIE IDENTYFIKACJA PROBLEMU BADAWCZEGO 1.1 Transport i jego rola w obsłudze ładunków definicja podstawowych pojęć Rozwiązywany problem decyzyjny w niniejszej rozprawie wymaga krótkiego wprowadzenia w zakresie istoty i roli transportu w realizacji przewozów ładunków. W analizowanej literaturze przedmiotu można spotkać się z licznymi definicjami pojęcia transport. W pracy [195] transport jest definiowany jako proces technologiczny wszelkiego przemieszczania na odległość, czyli przemieszczanie osób, przedmiotów lub energii. Z kolei autor [129] definiuje transport jako czynność celowego przemieszczania ładunków i osób, wydzieloną spośród innych czynności pod względem technicznym, organizacyjnym oraz organizacyjnym. Kolejna z definicji mówi, że jest to proces produkcyjny mający na celu pokonywanie przestrzeni [84]. W rzeczywistości pojęcie transportu w odniesieniu do przewozu ładunków, poza samym przemieszczaniem obejmuje także procesy przeładunkowe, czy też procesy związane z tymczasowym składowaniem lub komisjonowaniem (wyłącznie w przypadku transportu ładunków). Definiując transport warto zwrócić uwagę na funkcje jakie pełni on w gospodarce narodowej [72]: warunkując przemieszczanie towarów będących przedmiotem handlu stanowi instrument do wymiany dóbr i usług, ma istotne znaczenie miastotwórcze, ponieważ sposób rozkładu sieci transportowej oraz dostępność do ciągów komunikacyjnych determinuje lokalizację produkcji i osadnictwa, ma wpływ na realizację celów społecznych (np. poprzez zaspokojenie potrzeb mieszkańców danego regionu w dziedzinie komunikacji). W związku z powyższym, można łatwo wykazać istniejącą zależność pomiędzy rozwojem krajowej gospodarki, a rozwojem transportu w danym kraju. Należy podkreślić, że transport stanowi bodziec dla rozwoju innych działów gospodarki przyczyniając się do wzrostu Produktu Krajowego Brutto. Warto również zauważyć, że transport jest częścią gospodarki komplementarną w stosunku do innych jej gałęzi, ponieważ nie ma możliwości zastąpienia usługi transportowej usługą z innego obszaru gospodarki. Charakteryzując usługi transportowe 10

11 można także mówić o substytucyjności, która oznacza że klient ma możliwość wyboru gałęzi transportu, technologii przewozu jak również środka transportu. Analizując istotę transportu można również wskazać, że pełni on funkcję produkcyjną, konsumpcyjną i integracyjną. Funkcja produkcyjna oznacza, że poprzez świadczenie usług transportowych zaspokajane są potrzeby produkcyjne. Przez funkcję konsumpcyjną należy rozumieć, że realizowanie usług transportowych umożliwia zaspokojenie zapotrzebowania na przewozy. Z kolei funkcja integracyjna mówi o roli jaką pełni transport w integracji państwa i społeczeństwa. Kolejnym pojęciem, które warto przybliżyć, że względu na problematykę dysertacji jest system. W dużym stopniu ogólności można powiedzieć, że system to obiekt, którego opis ma postać zbioru elementów powiązanych pomiędzy sobą i otoczeniem w sposób umożliwiający osiągnięcie określonego celu [123]. Natomiast w pracy [89] system został zdefiniowany jako funkcjonalna całość składająca się z takiej liczby elementów pozostających ze sobą w ściśle ustalonych powiązaniach, która jest niezbędna do tego, by całość pełniła przypisane jej funkcje. Warto zauważyć, że jak wskazuje autor publikacji [135] własnościami danego systemu są cechy poszczególnych elementów, natomiast relacjami są zależności łączące poszczególne elementy z całością. Poprzez rozwinięcie definicji systemu możliwe jest wyjaśnienie pojęcia systemu transportowego. Można powiedzieć, że system transportowy to zespół środków technicznych, osobowych i organizacyjnych, które są powiązane ze sobą w sposób umożliwiający sprawną realizację procesu transportowego rozumianego jako szereg związanych ze sobą operacji transportowych, wykonywanych kolejno w ustalonym porządku na określonej trasie i w określonym czasie [3]. Jednocześnie w pracy [84] system transportowy został zdefiniowany jako system dysponujący odpowiednimi środkami pracy oraz zasobami ludzkimi, które są niezbędne do przemieszczania rzeczy oraz osób. W tym miejscu warto wskazać, że w systemach transportowych ze względu na przedmiot ich działalności zazwyczaj wyróżnia się podsystem służący do przewozu ładunków. Definicję procesu transportowego wskazano powyżej, natomiast proces przewozowy można zdefiniować jako część procesu transportowego, w realizację której zaangażowany jest środek transportu przynależący do określonej gałęzi transportu, od momentu wyjazdu tego środka transportu z miejsca postoju/dyspozycji do momentu powrotu do tego miejsca. Z technologicznego punktu widzenia proces przewozowy to 11

12 zbiór czynności realizowanych na przedmiocie przewozu w ramach procesu transportowego, przy zaangażowaniu (biernym oraz czynnym) środka transportu przynależącego do danej gałęzi transportu [201]. Z powyższego opisu wynika, że w systemach transportowych poprzez świadczenie usług transportowych realizowane są procesy transportowe. Do realizacji określonego procesu transportowego polegającego na przewiezieniu danego ładunku od określonego nadawcy do określonego odbiorcy niezbędne są w systemie transportowym następujące elementy: infrastruktura liniowa połączenia transportowe pomiędzy poszczególnymi punktami sieci transportowej (np. drogowe, kolejowe itp.), infrastruktura punktowa wraz z wyposażeniem: punkty nadania ładunków, punkty pośrednie (np. terminale przeładunkowe, magazyny, centra logistyczne), punkty odbioru ładunków, infrastruktura informatyczna całokształt rozwiązań sprzętowo-programowych potrzebnych do prawidłowego funkcjonowania systemu transportowego, suprastruktura środki transportowe wykorzystywane do realizacji procesów przewozowych, zasoby ludzkie. Kluczowym czynnikiem w każdym systemie transportowym, łączącym wyżej wymienione elementy jest organizacja systemu transportowego. Należy mieć na uwadze, że bez odpowiedniej organizacji nie jest możliwa realizacja procesów transportowych w systemie transportowym. Struktura systemu transportowego została zaprezentowana na rys Jak wskazują liczne źródła literaturowe transport można sklasyfikować w układzie pionowym i poziomym. Klasyfikację transportu w układzie pionowym przedstawiono na rys. 1.2, natomiast klasyfikację w układzie poziomym zaprezentowano na rys W przypadku klasyfikacji transportu w układzie pionowym możemy wyodrębnić podział ze względu na typ transportu, ze względu na środowisko w jakim realizowane są przewozy, a także ze względu na rodzaj wykorzystywanych środków transportu. 12

13 Źródło: opracowanie własne. Rys Elementy systemu transportowego Jednak z punktu widzenia celu rozprawy bardziej istotna jest analiza klasyfikacja transportu w układzie poziomym. Jak wynika z rys. 1.3, w tym przypadku wyróżniamy podział ze względu na formę własności, funkcjonalność, formę organizacyjno-prawną, obszar/zakres działalności oraz ze względu na sposób organizacji przewozów. W ostatniej z wymienionych klasyfikacji możemy wyróżnić transport bezpośredni (tradycyjny) z wykorzystaniem jednej gałęzi transportu oraz transport pośredni z wykorzystaniem minimum dwóch różnych gałęzi transportu. Z kolei w transporcie pośrednim można wyróżnić transport intermodalny, oraz jego specyficzną odmianę jaką jest transport kombinowany. Zgodnie z definicją zawartą w [8] transport intermodalny to przewóz ładunków w jednej jednostce ładunkowej przy użyciu co najmniej dwóch różnych, następujących po sobie gałęzi transportu. Realizacja procesu przewozowego z wykorzystaniem transportu intermodalnego wiąże się z większą liczbą operacji przeładunkowych oraz dłuższym czasem potrzebnym na dostawę ładunku w relacji od nadawcy do odbiorcy końcowego. Z tego powodu w transporcie intermodalnym na całej trasie przewozu wykorzystywana jest ta sama jednostka ładunkowa, zwana w literaturze Jednostką Ładunkową Transportu Intermodalnego JŁTI (ang. Intermodal Transport Unit ITU, franc. Unités de Transport Intermodal UTI). JŁTI to zazwyczaj kontenery lub zunifikowane jednostki transportowe innego rodzaju takie jak kontenery, nadwozia wymienne lub naczepy transportu kombinowanego. Stosowanie JŁTI umożliwia uproszczenie robót ładunkowych, a tym samym zmniejszenie pracochłonności przeładunków, zredukowanie ryzyka uszkodzenia ładunku podczas robót przeładunkowych oraz ograniczenie kosztów składowania ładunku [142], [150]. 13

14 Rys Klasyfikacja transportu w układzie pionowym Źródło: opracowanie własne na podstawie [85]. Bardzo często transport intermodalny jest utożsamiany z transportem kombinowanym, jednak to drugie pojęcie jest znacznie węższe. Transport kombinowany zaliczany jest do transportu intermodalnego, w którym jednostka ładunkowa na zasadniczej części trasy przewożona jest między terminalami przez kolej, żeglugę śródlądową lub morską, a jej dowóz i odwóz odbywa się transportem drogowym na możliwie najkrótsze odległości. Można powiedzieć, że w przypadku transportu kombinowanego transport drogowy pełni funkcję usługową w stosunku do gałęzi transportu, która jest wykorzystywana na głównej trasie przewozu. [61] Z analizy literatury wynika, że promień dowozu/odwozu w przypadku gdy przewóz na głównej trasie jest realizowany za pomocą transportu kolejowego powinien wynosić maksymalnie 25 km (w wyjątkowych przypadkach 50 km). W przypadku przewozów żeglugą śródlądową lub morską promień dowozu/odwozu powinien wynosić do 150 km. Analogicznie jak w transporcie intermodalnym, w trakcie realizacji procesu przewozowego transportem kombinowanym przeładunki realizowane są bez zmiany jednostki ładunkowej [107], [207]. 14

15 Rys Klasyfikacja transportu w układzie poziomym Źródło: opracowanie własne na podstawie [85]. Główną ideą transportu kombinowanego jest fakt, że łączy on zalety różnych rodzajów transportu, to znaczy zdolność do przewozu dużych wolumenów ładunków na bardzo dalekie odległości charakterystyczną dla transportu szynowego oraz żeglugi śródlądowej i morskiej z dostępnością i elastycznością na wysokim poziomie, co jest charakterystyczne dla transportu drogowego wykorzystywanego w systemach zwózkowych i rozwózkowych. W literaturze wyróżnia się także pojęcie transportu multimodalnego, w przypadku którego dopuszczalna jest zmiana jednostki ładunkowej w związku ze zmianą środka transportu. Transport multimodalny nie zakłada ograniczeń w zakresie stopnia wykorzystywania transportu samochodowego w całym procesie przewozowym [138]. Do najpopularniejszych technologii transportu intermodalnego zalicza się: technologię kontenerów wielkich i specjalizowanych; technologię bimodalną; technologię "ruchomej drogi"; technologię nadwozi wymiennych i naczep transportu kombinowanego. Szczegółowa charakterystyka poszczególnych technologii transportu intermodalnego została przedstawiona podrozdziale 2.2. Przedmiotem rozprawy jest organizacja terminali intermodalnych w sieci transportowej. Jak wskazano w [53] organizacja w ujęciu rzeczowym jest instytucją lub grupą funkcjonalną w skład której wchodzą celowo zorganizowane zespoły. 15

16 W organizacji zachodzą procesy realne (materialne i fizyczne) oraz procesy kierowania, na które składają się działania informacyjne i decyzyjne. Z kolei w sensie atrybutowym organizacja oznacza eksponowanie cech charakterystycznych analizowanego podmiotu lub jednostki. W tym znaczeniu organizacja może być sprawna lub niesprawna, a dany podmiot dobrze lub źle zorganizowany. Zgodnie z [53], organizacja w ujęciu czynnościowym jest procesem polegającym na celowym grupowaniu ludzi oraz rzeczy w taki sposób, aby sprawnie osiągały założone cele. W niniejszej rozprawie wykorzystywane jest pojęcie organizacji w ujęciu rzeczowym. W tym sensie intermodalny system transportowy jest grupą funkcjonalną, w skład której wchodzą celowo zorganizowane terminale intermodalne. 1.2 Rodzaje struktur sieci transportowej w literaturze Autor publikacji [168] zdefiniował sieć transportową jako układ połączeń na danym obszarze ukształtowany pomiędzy skupiskami ludności w wyniku interakcji czynników ekonomicznych i społecznych oraz środowiska naturalnego. Z kolei w [25] sieć transportowa została opisana następująco: zespół (zbiór) punktów transportowych i występujących pomiędzy nimi powiązań transportowych w postaci tras przewozu. W tej samej publikacji jednoznacznie wskazano, że sieć transportowa służy do przewozu osób i ładunków. W niniejszej rozprawie autor definiuje sieć transportową jako zbiór: połączeń transportowych za pomocą których realizowany jest przepływ ładunków, oraz obiektów pomiędzy którymi i z wykorzystaniem których przepływ ten jest realizowany. Przewozy w sieci transportowej są realizowane z punktów nadania do punktów odbioru, z możliwością wykorzystania punktów pośrednich takich jak obiekty magazynowe, punkty przeładunkowe czy intermodalne terminale przeładunkowe. Punkty pośrednie o których mowa powyżej nazywane są również węzłami transportowymi. Ze względu na to w jaki sposób obsługiwane są strumienie ładunków w danym węźle transportowym wyróżnia się węzły skupiająco-rozpraszające oraz węzły konsolidująco-rozdzielcze. W węzłach skupiająco-rozpraszających obsługiwane są przewozy na dalekie odległości oraz duże strumienie ładunków. Przeładunki 16

17 towarów realizowane są pomiędzy podobnymi do siebie środkami transportu o porównywalnej wielkości. W węzłach skupiająco-rozpraszających realizowana jest zmiana kierunku przewozu. Odwrotnie sytuacja wygląda w przypadku węzłów konsolidująco-rozdzielczych, w których towary są przeładowywane pomiędzy środkami transportu różnej wielkości. W tego typu węzłach przeładunki są realizowane zarówno pomiędzy środkami transportu przynależącymi do tej samej gałęzi transportu (np. HUBy lotnicze) lub do różnych gałęzi transportu (terminal kontenerowy). Głównym celem węzłów konsolidująco-rozdzielczych jest uporządkowanie obsługiwanych potoków ładunków poprzez sprawną zmianę środków transportowych oraz rozdział strumieni ładunków ze względu na odległość przewozu. Poza tym w tego typu węzłach realizowane są także procesy składowania i komisjonowania. Do węzłów konsolidująco rozdzielczych zaliczamy: centra logistyczne, porty morskie, czy magazyny. Jednak książkowym przykładem węzła konsolidującorozdzielczego jest terminal intermodalny w którym jednostki ładunkowe transportu intermodalne (np. nadwozia wymienne) są przeładowywane w relacji nadawca terminal wyładunkowy (z transportu samochodowego na transport kolejowy/żeglugę śródlądową/żeglugę morską) lub w relacji terminal załadunkowy odbiorca (z transportu kolejowego/żeglugi śródlądowej/żeglugi morskiej na transport samochodowy). Dlatego w sieci transportowej będącej przedmiotem rozważań niniejszej rozprawy terminale intermodalne (załadunkowe i wyładunkowe) są węzłami transportowymi konsolidująco-rozdzielczymi. Węzeł skupiająco-rozpraszający oraz węzeł konsolidująco -rozdzielczy zostały zilustrowane na rys [25]. Rys Rodzaje węzłów transportowych: węzeł skupiająco-rozpraszający (S-R) oraz węzeł konsolidująco-rozdzielczy (K-R) Źródło: opracowanie własne na podstawie [37]. 17

18 Jak wcześniej wskazano, sieci transportowe możemy rozróżniać ze względu na to czy pomiędzy nadawcami i odbiorcami występują punkty pośrednie. W przypadku przewozów bezpośrednich od nadawców do odbiorców bez punktów pośrednich rozróżnia się sieć transportową jednopoziomową, natomiast jeżeli przewóz od punktów nadania do punktów odbioru jest realizowany z wykorzystaniem węzłów transportowych mających charakter konsolidująco-rozdzielczy, takich jak centra logistyczne, HUB-y i terminale to mówi się wówczas o sieci transportowej wielopoziomowej (hierarchicznej). W systemach hierarchicznych liczba poziomów jest uzależniona liczby wykorzystywanych węzłów konsolidująco-rozdzielczych oraz wzajemnych powiązań pomiędzy nimi. Ostatnim z omawianych typów struktury systemu transportowego jest struktura hybrydowa, w której przewozy pomiędzy nadawcami i odbiorcami realizowane są zarówno bezpośrednio jak i pośrednio (poprzez węzły konsolidacyjno-rozdzielcze). Tego typu struktura systemu transportowego jest adekwatna do odwzorowania przewozów realizowanych w transporcie intermodalnym (ze szczególnym uwzględnieniem transportu kombinowanego). W ogólności można powiedzieć, że struktura sieci transportowej wynika z typu oraz wielkości realizowanych zadań, liczby oraz wielkości obsługiwanych klientów oraz sposobu organizacji procesów transportowych. Poszczególne struktury systemów transportowych: jednostopniowa, wielostopniowa i hybrydowa zostały zilustrowane na rysunkach odpowiednio 1.5.a., 1.5.b. oraz 1.5.c. [11], [52], [110], [189]. Z powyższych rozważań wynika, że intermodalna sieć transportowa jest siecią hybrydową ponieważ w przypadku przewozów intermodalnych zawsze mamy do czynienia z przeładunkami jednostek ładunkowych realizowanych w przystosowanych do tego terminalach intermodalnych, a przewozy są realizowane zarówno bezpośrednio jak i pośrednio. Hybrydowe struktury systemów transportowych w anglojęzycznej literaturze są zwane sieciami HHS (ang. Hybrid Hub&Spoke ). HHS to złożone i rozległe sieci wielostopniowe, które mają zastosowanie w przypadku wielogałęziowych systemów transportowych dedykowanych do transportu ładunków. W przypadku sieci HHS kluczowa jest realizacja przeładunków w terminalach (węzłach konsolidacyjnorozdzielczych). To organizacja i funkcjonalności realizowane w węzłach tego typu mają decydujące znaczenie dla konfiguracji i zasad funkcjonowania sieci transportowych typu HHS. Z tego względu częstym problemem podnoszonym przez badaczy jest 18

19 optymalizacja terminali przeładunkowych zarówno z punktu widzenia przepływów strumieni ładunków przez terminal jak i organizacji pracy w terminalu. Rys. 1.5.a. Jednostopniowa struktura systemu transportowego (N punkt nadania; O punkt odbioru) Źródło: opracowanie własne na podstawie [52]. Rys. 1.5.b. Wielostopniowa struktura systemu transportowego (N punkt nadania; O punkt odbioru; K węzeł konsolidacyjny; R węzeł rozdzielczy) Źródło: opracowanie własne na podstawie [52]. Rys. 1.5.c. Hybrydowa struktura systemu transportowego (N punkt nadania; O punkt odbioru; K węzeł konsolidacyjny; R węzeł rozdzielczy) Źródło: opracowanie własne na podstawie [52]. 19

20 Sieci transportowe typu HHS charakteryzuje woski poziom elastyczności oraz możliwość szybkiej adaptacji do aktualnych warunków rynkowych poprzez odpowiednie zarządzanie strukturą połączeń. Z drugiej strony w sieciach transportowych opartych na koncepcji HHS niezbędna jest sprawna koordynacja realizowanych zadaniach, zwłaszcza w kontekście rozmiarów obsługiwanych potoków ładunków. Kolejną cechą charakterystyczną dla sieci tego typu są dłuższe przeciętne okresy realizacji zadań transportowych oraz niższa niezawodność realizowanych zadań w porównaniu do jednostopniowych sieci transportowych. Wyżej wymienione cechy wynikają z niezwykle rozbudowanej siatki połączeń lokalnych oraz od tego, że realizacja poszczególnych połączeń jest ściśle uzależniona od siebie. W związku z powyższym w przypadku sieci HHS istnieje stosunkowo wysokie ryzyko opóźnień. Do zalet sieci transportowych typu HHS należy zaliczyć możliwość konsolidacji ładunków na głównych trasach pomiędzy terminalami przeładunkowymi oraz wykorzystywanie na tego typu trasach wysokopojemnych środków transportu, dzięki czemu możliwe jest obniżenie jednostkowych kosztów transportu. Ponadto sieć transportowa HHS poprzez swoją strukturę zapewnia połączenie sieci lokalnych oraz krajowych i międzynarodowych. Usługi oferowane w sieciach HHS są łączone w łańcuchy co umożliwia realizację połączeń od drzwi do drzwi (and. door-to-door). Sieci oparte na koncepcji Hybrid Hub&Spoke są szeroko rozpowszechnione na przykład w transporcie lotniczym oraz w transporcie intermodalnym [159]. Na rys. 1.6 został przedstawiony przykład sieci transportowej wykorzystywanej do przewozów intermodalnych. Jest to sieć transportowa typu HHS, w której można wyróżnić punkty nadania, punkty odbioru oraz terminale intermodalne załadunkowe i wyładunkowe (węzły konsolidacyjno-rozdzielcze). Jak można zauważyć sieć transportowa przedstawiona na rys stanowi rozwinięcie sieci hybrydowej zaprezentowanej na rys. 1.5.c., ponieważ w przypadku transportu intermodalnego przewozy zazwyczaj są realizowane w realizacji nadawca terminal intermodalny (załadunkowy) terminal intermodalny (wyładunkowy) odbiorca. 1.3 Problematyka organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej Jak wcześniej wykazano podstawą systemu transportowego, zdefiniowanego jako układ środków technicznych, organizacyjnych i ludzkich powiązanych ze sobą w celu realizacji przemieszczenia osób i towarów, jest infrastruktura punktowa. Terminale 20

21 przeładunkowe transportu intermodalnego są szczególnym przykładem infrastruktury punktowej systemu transportowego, ponieważ muszą one spełniać szereg wymagań w zakresie dostępności, oferowanych usług, wyposażenia oraz sposobu organizacji pracy. Rys Przykład sieci transportowej dedykowanej dla przewozów intermodalnych Źródło: opracowanie własne. Przykładem wymogów w stosunku do punktów przeładunkowych jest dokument Grupy Roboczej GE.24, w którym opisano minimalne wymagania dla kolejowodrogowych terminali intermodalnych: skrócenie odstępów czasu pomiędzy przyjęciem ładunku do terminalu i wyjazdem pociągu oraz pomiędzy przybyciem pociągu do terminalu i podstawieniem go do rozładunku; skrócenie postojów pojazdów samochodowych oczekujących na wyładunek lub załadunek na terenie terminalu, lokalizacja terminalu w pobliżu głównych szlaków komunikacyjnych zarówno z punktu widzenia transportu drogowego jak i transportu kolejowego, organizacji pracy zapewniającej całodobowe funkcjonowanie terminalu, 21

22 automatyzacja przetwarzania danych [192]. Problematyka transportu intermodalnego wiąże się z wieloma interesującymi problemami badawczymi. Analizując literaturę można zauważyć, że rozpatrywane są takie problemy jak: analiza opłacalności przewozów intermodalnych [58], [67], [140], [180], [205], optymalizacja efektywności procesów przeładunkowych realizowanych z wykorzystaniem wybranych technologii transportu intermodalnego [30], [50], [60], [73], [115], [191], badania dotyczące rozwoju rynku przewozów intermodalnych w Polsce i na świecie [63], [71], [176], [177], [190], [208], [210], zarządzanie próżnymi jednostkami ładunkowymi w transporcie intermodalnym [65], [77], [122], [146], [209]. W opinii autora najbardziej fundamentalnym problemem w procesie projektowania intermodalnych systemów transportowych jest jednak dobór organizacji sieci transportowej przy uwzględnieniu cech charakterystycznych przewozów intermodalnych i związanej z nimi infrastruktury. Ze względu na złożoność omawianego problemu badawczego do jego rozwiązania proponowane jest zastosowanie podejścia systemowego [21], [142]. Autorzy publikacji [84] wskazują, że w przypadku zastosowania podejścia systemowego bardzo istotna jest umiejętność zapisu struktur systemów transportowologistycznych, charakterystyk potoków ruchu obciążających układ i związanych z nimi strumieni informacji w postaci formuł matematyczno-logicznych. Dzięki temu możliwe jest opracowanie prawidłowego modelu matematycznego, algorytmu jego rozwiązania oraz zastosowania technik komputerowych do przeprowadzenia badań symulacyjnych. Prowadzenie wspomnianych rozważań ma na celu opracowanie takiej organizacji funkcjonowania całego układu, aby możliwe było właściwe wykorzystanie zasobów infrastruktury transportowej i urządzeń uczestniczących w procesie realizacji zadań. Jak zauważa autor [21] konsekwentne zastosowanie podejścia systemowego w logistyce przyczynia się, z jednej strony do zapobiegania suboptymalnym rozwiązaniom cząstkowym na rzecz optymalnych rozwiązań całościowych, z drugiej zaś umożliwia równoczesne uwzględnienie w decyzjach logistycznych istniejących ograniczeń i efektów synergicznych. 22

23 Sformalizowane ujęcie problemów ustalania struktury sieci transportowej w zakresie wyboru lokalizacji punktów węzłowych np. magazynów, baz przeładunkowych, zakładów produkcyjnych itp. przedstawili Kryński i Badach w pracy [118] oraz Całczyński i Śleszyński w pracy [39]. Autorzy pracy [118] zaproponowali postać analityczną wieloetapowej jednokryterialnej metody optymalizacji liczby i wielkości magazynów oraz zakładów produkcyjnych. Zdefiniowana funkcja kryterium dla dwuetapowego modelu rozmieszczenia i rozwoju produkcji to minimalizacja sumy nakładów inwestycyjnych na produkcję we wszystkich zakładach, kosztów dostaw surowców do zakładów oraz łącznego kosztu produkcji i transportu wyrobów do odbiorców postaci [118]:,, = (1.1) gdzie: numer zakładu, liczba numerów zakładów, numer odbiorcy, liczba numerów odbiorców, numer rejonu, liczba rejonów, nakłady inwestycyjne na jednostkę produkcji w -tym zakładzie, jednostkowy koszt nabycia surowców w -tym rejonie i ich dostawy do -tego zakładu, jednostkowy koszt dostawy produktu z -tego zakładu do -tego odbiorcy, jednostkowy koszt produkcji w -tym zakładzie, wielkość produkcji w -tym zakładzie, wielkość dostaw surowców z -tego rejonu do -tego zakładu, wielkość dostaw produktów z -tego zakładu do -tego odbiorcy. Natomiast autorzy pracy [39], zaproponowali współzależny wieloasortymentowy model lokalizacyjny dla układu: dostawcy bazy logistyczne odbiorcy. Funkcja kryterium dla tego modelu, dla której koszty dostaw wyrobów do magazynów i wysyłek osiągają wartość minimalną, ma następującą postać: 23

24 ,, = + (1.2) gdzie: numer dostawcy, liczba numerów dostawców, numer odbiorcy, liczba numerów odbiorców, numer magazynu, liczba numerów magazynów, numer grupy towarowej, liczba numerów grup towarowych, jednostkowy koszt dostawy wyrobów z -tej grupy towarowej od -tego dostawcy do -tego magazynu, wielkość dostawy wyrobów -tej grupy towarowej od -tego dostawcy do -tego magazynu,, jednostkowy koszt dostawy wyrobów z -tej grupy towarowej z -tego magazynu do -tego odbiorcy, wielkość dostawy wyrobów -tej grupy towarowej z -tego magazynu do -tego odbiorcy. Organizacja intermodalnej sieci transportowej powinna być wynikiem szczegółowych pomiarów i badań potoków ładunków oraz analizy sieci połączeń drogowych, kolejowych, a także oferowanych przez żeglugę śródlądową i transport morski. Transport intermodalny ma charakter przewozów międzygałęziowych, dlatego intermodalny punkt przeładunkowy powinien być zlokalizowany w pobliżu międzynarodowych szlaków komunikacyjnych takich jak magistralne linie kolejowe, czy drogi krajowe. Ponadto organizacja intermodalnej sieci transportowej rozumiana poprzez dobór optymalnej lokalizacji terminali intermodalnych powinna być realizowana przy uwzględnieniu lokalizacji istniejących zakładów produkcyjnych oraz obiektów magazynowych. Z jednej strony terminale powinny być lokalizowane w pobliżu dużych aglomeracji miejskich z dobry dostępem do centrów usługowo-produkcyjnych, jednak z drugiej strony w trakcie wyboru lokalizacji terminalu należy unikać rejonów mieszkalnych, rekreacyjnych, czy sportowych. W przypadku gdyby terminal miał zostać wybudowany w pobliżu wyżej wskazanych obszarów niezbędne jest stworzenie 24

25 strefy ochronnej wokół obiektu poprzez wyznaczenie pasa zieleni oraz zapewnienie ochrony przed hałasem i drganiami [164]. W trakcie projektowania terminalu intermodalnego niezbędne jest uwzględnienie i wykorzystanie istniejącej infrastruktury. Jeżeli jest to możliwe zalecana jest rozbudowa lub modernizacja istniejącego obiektu, który wcześniej pełnił inną rolę, tak aby ograniczyć koszty uruchomienia terminalu. Ponadto terminal powinien terminal powinien być częścią dużego centrum logistycznego, dzięki czemu usługi oferowane w ramach działalności centrum miały kompleksowy charakter wzajemnie się uzupełniając. Jak wykazano wcześniej podstawowym założeniem przewozów intermodalnych jest łączenie różnych gałęzi transportu w ramach jednego procesu transportowego. W związku z tym podczas organizacji intermodalnych sieci transportowych niezwykle istotne jest spełnienie wymogów w sferze [151]: organizacyjnej ukształtowanie rynku usług transportowych w taki sposób, aby zapewniał odpowiednie warunki dla realizacji przewozów intermodalnych oraz przeszkolenie pracowników w zakresie obsługi poszczególnych technologii transportu intermodalnego, techniczno-technologicznej dostosowanie infrastruktury punktowej, infrastruktury liniowej oraz suprastruktury, a także maszyn i urządzeń przeładunkowych do obsługi JŁTI, zarządzania wypracowanie systemu zapewniającego odpowiednie ramy prawne dla omawianego rodzaju transportu. Dla potrzeb wyznaczenia właściwej organizacji terminali intermodalnych w strukturze sieci transportowej niezbędne jest opracowanie kryteriów, które będą stanowiły wskaźniki oceny jakości rozwiązania, do których można zaliczyć [98], [101]: a) kryteria techniczne tzw. użytkowe, takie jak: miernik powierzchniowy dla oceny stopnia zagospodarowania powierzchni analizowanego terminalu intermodalnego, miernik kubaturowy dla oceny stopnia zagospodarowania przestrzeni obudowanej terminalu intermodalnego, dobowa pracochłonność procesu przepływu ładunków i informacji ze względu na pracę potrzebnych pracowników, 25

26 dobowa pracochłonność procesu przepływu ładunków i informacji ze względu na pracę potrzebnych urządzeń, liczba pracowników i urządzeń niezbędnych do realizacji zadania transportowego, b) kryteria ekonomiczne tzw. kosztowe, takie jak: statyczny i dynamiczny miernik nakładów, koszt przejścia JŁTI przez punkt przeładunkowy, poziom automatyzacji i mechanizacji prac, c) kryteria jakościowe takie jak: niezawodność funkcjonowania terminalu intermodalnego, elastyczność systemu transportu intermodalnego, możliwość rozbudowy terminalu intermodalnego. Problem wyznaczania lokalizacji punktów przeładunkowych transportu intermodalnego w literaturze zwany jest problemem ITLP (ang. intermodal transport location problem ) stanowi on rozwinięcie problemu lokalizacji hubów HLP (ang. hub location problem ), w którym huby są węzłami w sieci logistycznej pełniącymi funkcje magazynów krótkiego składowania, punktów przeładunkowych oraz sortowni. W tego typu systemach dystrybucyjnych przewozy realizowane są w taki sposób, że do danego hubu zwożone są ładunki od wielu dostawców, a następnie po realizacji procesów przeładunkowych, czy sortowania rozwożone do wielu odbiorców. Najbliższa problemowi ITLP jest odmiana zagadnienia wyznaczania lokalizacji hubów p-hlp. Model p-hlp został sformułowany przez O Kelly w pracy [155] w 1987 roku i zakładał: brak połączeń bezpośrednich pomiędzy nadawcami a odbiorcami, liczba HUBów, których lokalizację należy wyznaczyć jest znana, każdy nadawca/odbiorca jest połączony wyłącznie z jednym HUBem, wszystkie HUBy muszą być ze sobą połączone, koszt uruchomienia HUBa jest zerowy, wszystkie HUBy mają nieskończoną pojemność. W kolejnych latach formułowane były liczne modyfikacje i rozwinięcia modelu p-hlp [38], [49], [75], [109], [111], [112], [113], [171]. Przedmiotowy model został przedstawiony na rys

27 Rys Model p-hlp Źródło: opracowanie własne. Po raz pierwszy problem wyznaczania optymalnej lokalizacji terminali intermodalnych sformułowali P. Arnold, D. Peeters, I. Thomas oraz H. Marchand w 2001 roku [18]. Jak wspomniano opracowany przez nich model ITLP stanowił rozwinięcie modelu p-hlp. W modelu ITLP autorzy przyjęli główne założenia, które można sformułować następująco: istnieją połączenia pomiędzy nadawcami a odbiorcami są możliwe, brak możliwości realizacji przewozów bezpośrednich i pośrednich (z wykorzystaniem terminali) jednocześnie w tej samej relacji, realizacja przewozów pośrednich (z wykorzystaniem terminali) możliwa jest wyłącznie z wykorzystaniem jednej technologii transportu intermodalnego, liczba terminali, których lokalizację należy wyznaczyć nie jest znana, nadawcy i odbiorcy mogą być połączeni z kilkoma terminalami jednocześnie, wszystkie terminale nie muszą być ze sobą połączone, koszt uruchomienia terminalu nie jest zerowy, terminale mają nieskończoną pojemność, zapotrzebowanie na przewóz w poszczególnych relacjach nie jest określone. Model ITLP został przedstawiony na rys W 2004 roku w publikacji [19] podjęto się rozwinięcia modelu w ten sposób, że terminale zostały zdefiniowane jako łuki, a nie węzły w sieci, co skutkowało zmniejszeniem liczby decyzyjnych i uproszczeniem rozpatrywanego problemu. Następnie I. Racunica oraz L. Wynter sformułowały model uwzględniający zapotrzebowanie na przewóz w poszczególnych relacjach pomiędzy nadawcami a odbiorcami [166]. 27

28 Rys Model ITLP Źródło: opracowanie własne. W 2011 roku przedstawiono kolejną wersję modelu ITLP w przypadku której uwzględniono możliwość prowadzenie przewozów bezpośrednich i pośrednich (poprzez terminale intermodalne) jednocześnie w tej samej relacji [78]. Dodatkowo autorzy zaproponowali także uwzględnienie długości czasu realizacji zadania transportowego. Z kolei w pracy [187] K. Sorensen, Ch. Vanovermeire, S. Busschaert uwzględnili, że terminale mają ograniczoną pojemność. Wszystkie kolejne modele stanowiły rozwinięcie podejścia zaproponowanego w pracy [18]. Należy jednak zaznaczyć, że w żadnym przypadku nie odniesiono się do zagadnienia różnorodności uwarunkowań dla poszczególnych technologii transportu intermodalnego. We wspomnianych pracach autorzy zakładają że wszystkie przewozy są realizowane z wykorzystaniem jednej technologii transportu intermodalnego, co stanowi istotne uproszczenie rozpatrywanego problemu badawczego. Oczywiście, szereg innych autorów analizowało problem wyznaczania lokalizacji terminali intermodalnych [126], [127], [128], [157], a powyżej zostały opisane najważniejsze prace traktujące o tym zagadnieniu. Należy jednak zaznaczyć, że dotychczas w żadnej publikacji problem ITLP nie został przeanalizowany z uwzględnieniem funkcjonowania różnych technologii transportu intermodalnego. W opinii autora rozprawy stanowi to istotne uproszczenie modelu, co może mieć znaczący wpływ na końcowe rezultaty obliczeń. 28

29 1.4 Cel i zakres pracy Na podstawie wstępnej analizy zagadnień rozwoju transportu intermodalnego zdefiniowano problem badawczy niniejszej dysertacji, który polega na opracowaniu metody organizacji sieci intermodalnych terminali przeładunkowych w sieci transportowej. Organizacja sieci intermodalnych terminali oznacza wyznaczenie liczby i lokalizacji terminali posiadających wyposażenie do obsługi technologii transportu intermodalnego. Zatem, organizacja sieci intermodalnych terminali przeładunkowych wynika z liczby i lokalizacji terminali umożliwiających realizację przewozów intermodalnych. Mając na uwadze powyższą analizę sformułowano następującą tezę: Wykorzystując algorytmy genetyczne możliwe jest wybranie optymalnej organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej, zakładając heterogeniczność wykorzystywanych technologii transportu intermodalnego. Wobec tak postawionej tezy głównym celem rozprawy doktorskiej jest opracowanie autorskiej metody wyboru optymalnej organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej. Autor zakłada osiągnięcie głównego celu rozprawy poprzez realizację dwóch celów cząstkowych do których należy zaliczyć: opracowanie algorytmu rozwiązania problemu wyboru optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej, implementację komputerową opracowanej metody wyboru. W rozprawie uwzględniono heterogeniczność technologii transportu intermodalnego co umożliwi przeprowadzenie analiz oraz symulacji mających na celu porównanie zastosowania poszczególnych technologii intermodalnych. Rozważanie problemu różnorodności stosowanych technologii transportu intermodalnego stanowi o oryginalności rozprawy mając na uwadze przeprowadzony przegląd literatury. Jak wcześniej wykazano w wielu pozycjach literaturowych poruszano zagadnienie wyboru optymalnej organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej, jednak dotychczas żaden z autorów nie rozpatrywał przedmiotowego zagadnienia biorąc pod uwagę heterogeniczność stosowanych technologii transportu intermodalnego, co stanowi istotne uproszczenie omawianego problemu badawczego. 29

30 Rozpatrywane zagadnienie zostało rozwiązane za pomocą metod modelowania matematycznego poprzez przekształcenie opisu zależności stanowiących o istocie problemu na zapis matematyczny. W trakcie formułowania zadania optymalizacyjnego określono założenia modelu, dane niezbędne do rozwiązania problemu oraz zmienne decyzyjne. W opisywanym zadaniu za kryterium optymalizacji przyjęto koszt przewiezienia określonej liczby ładunków w zadanych relacjach pomiędzy nadawcami, a odbiorcami. Rozwiązanie sformułowanego w rozprawie zadania optymalizacyjnego polega na określeniu wartości zmiennych decyzyjnych w taki sposób aby funkcja celu, o interpretacji całkowitych kosztów realizacji zadania transportowego, osiągała wartość minimalną przy spełnieniu zadanych ograniczeń. Opracowany model matematyczny jest modelem: liniowym, statycznym i deterministycznym. W celu rozwiązania rozpatrywanego problemu badawczego opracowano autorską metodę opartą na algorytmie genetycznym. Algorytmy genetyczne (zwane też ewolucyjnymi) to zespół metod rozwiązywania problemów odwzorowujących naturalne procesy ewolucyjne zachodzące w czasie. Algorytmy genetyczne są uniwersalne, dlatego też sprawdzają się w przypadku problemów, które nie są oczywiste lub też w sytuacji braku dokładnych danych początkowych (np. optymalizowana funkcja jest zmienna w czasie lub ma wiele ekstremów lokalnych). Opisywana metoda rozwiązania problemu wyznaczania optymalnej organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej została zaimplementowana w postaci aplikacji komputerowej IntermodalOpt. Aplikacja zaimplementowana w środowisku C++ ma na celu wsparcie użytkownika w trakcie procesu decyzyjnego polegającego na wyznaczeniu optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej. Opracowany program komputerowy umożliwia m.in. dokonanie oceny rozważanego rozwiązania czy też porównanie różnych wariantów projektowych. Aplikacja IntermodalOpt została podzielona na trzy moduły główne: moduł wejściowy, moduł optymalizacyjny oraz moduł wyjściowy. Część teoretyczna rozprawy doktorskiej obejmuje przegląd literatury w zakresie problemu badawczego. Dokonano analizy zagadnień dotyczących istoty sieci transportowych, problemów decyzyjnych w transporcie, cech charakterystycznych najpopularniejszych technologii transportu intermodalnego, uwarunkowań lokalizacji terminali intermodalnych oraz organizacji procesu transportowego w transporcie intermodalnym. W tej części pracy zdefiniowano najważniejsze pojęcia oraz 30

31 wyjaśniono wszystkie zjawiska niezbędne do osiągnięcia celu głównego i celów cząstkowych rozprawy. Po przeprowadzonej analizie literatury możliwe było przedstawienie sposobu odwzorowania struktury, identyfikacji organizacji sieci intermodalnych terminali przeładunkowych oraz wielkość zadań przewozowych. W dalszej części rozprawy dokonano sformułowania zadania optymalizacyjnego poprzez zdefiniowanie danych wejściowych, ograniczeń, zmiennych decyzyjnych oraz funkcji celu. Empiryczna cześć rozprawy zawiera także charakterystykę metody rozwiązania problemu opartej na algorytmie genetycznym oraz opis implementacji komputerowej metody w środowisku C++. Na potrzeby opisu pakietu komputerowego IntermodalOpt scharakteryzowano wszystkie procedury i algorytmy wykorzystywane w aplikacji, a także sposób identyfikacji i opracowania danych wejściowych do programu. W ostatniej części rozprawy przedstawiono przykład obliczeniowy wykonany na danych rzeczywistych. W podsumowaniu zaprezentowano wnioski wynikające z przeprowadzonych rozważań oraz potencjalne zastosowania opracowanego pakietu komputerowego IntermodalOpt. We wnioskach końcowych zawarto ocenę przydatności proponowanego podejścia do organizacji sieci intermodalnych terminali przeładunkowych. Wskazano również kierunki dalszych badań. 31

32 2. CHARAKTERYSTYKA INTERMODALNYCH TECHNOLOGII PRZEWOZOWYCH 2.1 Rola i znaczenie transportu intermodalnego Zrównoważony rozwój to według polskiego prawodawstwa "taki rozwój społeczno-gospodarczy, w którym następuje proces integrowania działań politycznych, gospodarczych i społecznych z zachowaniem równowagi przyrodniczej oraz trwałości podstawowych procesów przyrodniczych, w celu zagwarantowania możliwości zaspokajania podstawowych potrzeb poszczególnych społeczności lub obywateli zarówno współczesnego pokolenia jak i przyszłych pokoleń" [9]. aspektów: Polityka zrównoważonego rozwoju polega na realizacji działań dotyczących ekologicznych ograniczanie degradacji środowiska naturalnego oraz eliminacja zagrożeń z tym związanych, ekonomicznych zaspokojenie fundamentalnych potrzeb materialnych ludzkości poprzez wykorzystanie technologii przyjaznych środowisku naturalnemu, społecznych i humanitarnych zabezpieczenie potrzeb socjalnych, ochrona zdrowia, rozwój kultury, poprawa bezpieczeństwa i edukacja [186]. Zrównoważony rozwój jest niezwykle ważny także z punktu widzenia transportu, który jest gałęzią gospodarki mającą istotnie negatywny wpływ na środowisko naturalne. Jak wskazano wcześniej transport jest niezbędny do rozwoju gospodarczego i społecznego, jednak jednocześnie generuje bardzo wysokie koszty zewnętrzne związane m.in. z: zagrożeniem hałasem i wibracjami, wykorzystywaniem paliw kopalnych jako głównego źródła energii, negatywnym oddziaływaniem na społeczeństwo oraz zaburzeniem ładu przestrzennego. Warto zauważyć, że ww. czynniki są związane nie tylko z bieżącą eksploatacją środków transportu i infrastruktury transportowej, ale także z ich budową, utrzymaniem i utylizacją [22], [161], [198]. Jak wspomniano wcześniej transport intermodalny stanowi alternatywę dla tradycyjnego transportu drogowego i jest istotnym elementem kształtowania polityki zrównoważonego transportu. Dlatego też dynamiczny rozwój transportu intermodalnego jest postrzegany jako rozwiązanie wielu problemów polskiego jak i europejskiego systemu transportowego. 32

33 Od wielu lat jednym z najważniejszych założeń europejskiej polityki transportowej jest zmniejszenie szkodliwego oddziaływania transportu na środowisko, ze szczególnym uwzględnieniem kwestii transportu drogowego. Już w 1970 r. Rada Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej przyjęła Dyrektywę w sprawie ujednolicenia ustawodawstwa Państw Członkowskich dotyczącego zatwierdzania typu pojazdów mechanicznych i ich przyczep, w której określono maksymalne poziomy emisji tlenków węgla i węglowodorów przez samochody osobowe i dostawcze. [2] W następnych latach, po przekształceniu Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej w Unię Europejską, przyjmowane były kolejne rozporządzenia i dyrektywy mające na celu ograniczenie emisyjności transportu. Na przykład w strategii na rzecz inteligentnego i zrównoważonego rozwoju sprzyjającego włączeniu społecznemu EUROPA 2020 Komisja Europejska podejmuje się do przedstawienia pomysłów dotyczących modernizacji sektora transportu i zmniejszenia jego udziału w emisji związków węgla. Zgodnie z zapisami tego dokumentu państwa członkowskie Unii Europejskiej są zobowiązane do rozbudowy krajowych systemów transportowych poprzez skoordynowaną realizację projektów infrastrukturalnych w ramach sieci bazowej Unii Europejskiej [3]. Jak powszechnie wiadomo jednym z najważniejszych, strategicznych dokumentów w zakresie polityki transportowej Unii Europejskiej jest tzw. Biała Księga z 2011 roku [1]. Głównym założeniem tego dokumentu jest ograniczenie do 2050 r. emisji gazów cieplarnianych w sektorze transportu o 60% w stosunku do poziomu z 1990 r. Cel główny ma zostać osiągnięty poprzez realizację celów cząstkowych takich jak: przeniesienie do 2030 r. 30% drogowego transportu towarów na odległościach większych niż 300 km na inne środki transportu (np. transport kolejowy lub żeglugę śródlądową), zbudowanie do 2050 r. szybkiej europejskiej sieci kolejowej oraz zachowanie gęstej sieci kolejowej we wszystkich państwach członkowskich, stworzenie do 2030 r. kompletnej multimodalnej sieci bazowej TEN-T, jak również stworzenie odpowiednich usług informacyjnych, stworzenie do 2020 r. ram europejskiego systemu informacji, zarządzania i płatności w zakresie transportu multimodalnego. 33

34 Warto zauważyć, że transport intermodalny jest niezwykle istotny również z punktu widzenia interesów Polski. Główny cel krajowej polityki transportowej zapisany w Strategii Rozwoju Transportu do 2020 roku (z perspektywą do 2030 roku) [7] opublikowanej w 2013 roku przez ówczesne Ministerstwo Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej to zwiększenie dostępności transportowej oraz poprawa bezpieczeństwa uczestników ruchu i efektywności sektora transportowego, przez tworzenie spójnego, zrównoważonego i przyjaznego użytkownikowi systemu transportowego w wymiarze krajowym, europejskim i globalnym stworzenie w Polsce zintegrowanego systemu transportowego, co wymaga rozbudowy brakujących elementów infrastruktury transportowej we wszystkich gałęziach transportu. Autorzy omawianego dokumentu szczególną uwagę skupiają na modernizacji i budowie terminali intermodalnych przystosowanych obsługi przewozów kontenerowych. Ponadto w omawianym dokumencie wskazuje się na potrzebę szybkiej modernizacji i rozbudowy wagonów kolejowych przystosowanych do przewozów JŁTI takich jak kontenery, nadwozia wymienne oraz naczepy transportu kombinowanego. Jak podkreślono intensywna rozbudowa sieci terminali intermodalnych jest warunkiem koniecznym dla rozwoju transportu intermodalnego. W Strategii podkreślono, że niezbędne jest zarówno zwiększenie liczby terminali jak również stworzenie centrów logistycznych przy dużych aglomeracjach miejskich. Mapa planowanych lokalizacji terminali intermodalnych na sieci TEN-T w Polsce została przedstawiona na rys W zakresie transportu morskiego podkreślono potrzebę aktywnego udziału portów morskich w rozwoju transportu intermodalnego oraz kooperacji zarządców portów morskich z operatorami terminali intermodalnych. W Strategii Rozwoju Transportu do 2020 roku (z perspektywą do 2030 roku) wymieniono następujące determinanty rozwoju polskiego systemu transportu intermodalnego: sieć węzłów przeładunkowych (terminali intermodalnych, centrów logistycznych), sieć linii kolejowych o podwyższonej skrajni, dostosowanych do nisko zawieszonych składów pociągowych, systemy telematyczne i satelitarne, optymalizujące i sterujące procesami transportowymi, które przyczyniają się do skrócenia czasu dostawy oraz eliminują zagrożenia dla stanu przewożonych ładunków, 34

35 efektywna współpraca przewoźników kolejowych z operatorami transportu kombinowanego, centrami logistycznymi, właścicielami terminali, służbami celnymi, weterynaryjnymi oraz fitosanitarnymi. Źródło: [7] Rys Mapa planowanych lokalizacji terminali intermodalnych na sieci TEN-T w Polsce Kolejnym dokumentem strategicznym na poziomie krajowym w którym transport intermodalny zajmuje istotne miejsce jest Strategia na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju do roku 2020 (z perspektywą do 2030 r.) [6]. W Strategii zdefiniowano główne bariery dla rozwoju przewozów intermodalnych w Polsce, takie jak m.in. niewystarczająca liczba centrów logistycznych; niezadowalający stan infrastruktury oraz zbyt wysoki stawki za dostęp do infrastruktury liniowej niezbędnej do prowadzenia przewozów intermodalnych. Jednym z założeń Strategii na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju do roku 2020 (z perspektywą do 2030 r.) jest wzrost udział masy ładunków transportu intermodalnego w ogólnej masie ładunków przewożonej transportem kolejowym z 4,63% w roku 2015 do 5 6% w roku Ponadto w tym dokumencie budowa intermodalnego terminalu towarowego na potrzeby eksportu towarów rolnospożywczych na rynki światowe jest jednym z projektów strategicznych. 35

36 Biorąc pod uwagę powyższe rozważania można stwierdzić, że transport intermodalny jest wpisany w politykę transportową Polski i Europy przede wszystkim ze względu na to, że jego rozwój jest postrzegany jako szansa na rozwiązanie licznych problemów społecznych i środowiskowych. Wiąże się to przede wszystkim z wpływem transportu intermodalnego na ograniczenie kosztów zewnętrznych związanych z transportem drogowym, do których poza wcześniej akcentowanym zanieczyszczeniem środowiska naturalnego zaliczamy także koszty zjawiska kongestii na drogach [143]. Nie ulega wątpliwości, że zmniejszenie liczby środków transportu samochodowego na drogach przyczynia się zarówno do zmniejszenia zatorów na drogach jak i do redukcji degradacji infrastruktury drogowej. Ponadto zakłada się, że w dalszej perspektywie transport intermodalny przyczyny się do ograniczenia problemu zajętości terenu przez infrastrukturę drogową. Kolejnym ważnym społecznie problemem na który wpływ ma transport intermodalny jest bezpieczeństwo ruchu drogowego dzięki ograniczeniu transportu drogowego realne wydaje się zmniejszenie liczby ofiar wypadków drogowych. Poza aspektami społecznymi i środowiskowymi, na rozwój transportu intermodalnego należy patrzeć także poprzez pryzmat organizacji procesu transportowego. Przede wszystkim warto podkreślić, że prace przeładunkowe w transporcie intermodalnym są duże prostsze, mniej pracochłonne oraz mniej kosztowne niż w transporcie tradycyjnym. Zastosowanie zunifikowanych JŁTI daje szereg korzyści zarówno dla producenta jak i nabywcy usług transportowych realizowanych z wykorzystaniem jednej z technologii transportu intermodalnego. Dzięki wykorzystaniu JŁTI możliwe jest m.in. obniżenie kosztów składowania ładunków oraz zredukowanie ryzyka uszkodzenia ładunku podczas robót ładunkowych, co jest szczególnie istotne w przypadku przewozu towarów niebezpiecznych. Dodatkowo transport intermodalny umożliwia realizację usług transportowych w formule od drzwi do drzwi (ang. door-to-door ), ponieważ w czasie procesu transportowego wszystkie operacje są realizowane JŁTI, a nie na samym przedmiocie transportu. Ponadto realizacja przewozów intermodalnych zapewnia także możliwość dostaw w trakcie wcześniej określnego okna czasowego, w systemie just in time. Zastosowanie transportu intermodalnego jest wyjątkowo korzystne w przypadku przewozów kolejowych międzynarodowych, ponieważ w takim wypadku odprawy celne nie są wykonywane na każdym przejściu granicznym, a jedynie na terminalu załadunkowym i wyładunkowym [88], [107], [167], [188]. 36

37 Do wad transportu intermodalnego należy zaliczyć przede wszystkim koszty wdrożenia technologii. Na początkowym etapie realizacji nowych projektów z zakresu transportu intermodalnego niezbędne jest poniesienie nakładów związanych z: wybudowaniem nowych terminali intermodalnych bądź przystosowaniem istniejących punktów przeładunkowych do obsługi transportu intermodalnego, zakupem nowych lub modernizacją posiadanych środków transportu (przykładowo technologia bimodalna wymaga zakupu naczep siodłowych o wzmocnionej konstrukcji, natomiast w przypadku technologii na barana standardowe naczepy transportu drogowego mogą zostać jedynie zmodernizowane na potrzeby przeładunków z wykorzystaniem spredera kleszczowego), zakupem jednostek ładunkowych, zakupem urządzeń i maszyn ładunkowych, zakupem systemów informatycznych niezbędnych do organizacji procesu transportowego, przeszkoleniem pracowników do realizacji robót ładunkowych. Co warte podkreślenia, wszystkie wyżej wymienione elementy są niezbędne do realizacji procesu transportowego w wybranej technologii transportu intermodalnego. Poszczególne technologie znacznie różnią się pomiędzy sobą, dlatego dostosowanie posiadanych zasobów do obsługi nowej (np. wchodzącej na rynek) technologii wiąże się z koniecznością poniesienia kolejnych nakładów. Z wyżej wymienionych powodów, w chwili obecnej koszty wdrożenia są główną barierą dla rozwoju transportu intermodalnego. Na rys przedstawiono wykres wielkości pracy przewozowej wykonanej w transporcie kolejowym w 2015 roku w europejskich krajach z podziałem na kontenery i nadwozia wymienne oraz naczepy siodłowe. W tym okresie w Polsce w transporcie kolejowym z wykorzystaniem technologii transportu intermodalnego wykonano pracę przewozową na poziomie mln tkm., z czego mln tkm (ponad 96%) z wykorzystaniem kontenerów i nadwozi wymiennych oraz 139 mln tkm (blisko 4%) z wykorzystaniem naczep siodłowych. Powyższe rezultaty dają Polsce 9 miejsce wśród wszystkich europejskich krajów, przy średniej pracy przewozowej na poziomie mln tkm (3 151 mln tkm z wykorzystaniem kontenerów i nadwozi wymiennych oraz 807 mln tkm z wykorzystaniem naczep siodłowych). 37

38 Rys Praca przewozowa wykonana w transporcie kolejowym w 2015 roku w europejskich krajach z podziałem na kontenery i nadwozia wymienne oraz naczepy siodłowe Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Eurostat (stan na ). W 2015 r. liderem jeżeli chodzi o przewozy intermodalne z wykorzystaniem transportu kolejowego były Niemcy wykonana praca przewozowa na poziomie mln tkm. Analizując wspomniany wykres można zauważyć, że wielkość przewozów intermodalnych w Polsce jest nieco niższa od europejskiej średniej. Podobnie jak w innych krajach, także w Polsce, dużo większy udział w wykonanej pracy przewozowej mają przewozy zrealizowane z użyciem kontenerów i nadwozi wymiennych niż naczep siodłowych. Na kolejnym wykresie (rys. 2.3.) zaprezentowano dane dotyczące wolumenu ładunków przewiezionych transportem kolejowym z wykorzystaniem technologii transportu intermodalnego w Polsce w latach , z podziałem na kontenery i nadwozia wymienne oraz naczepy siodłowe. W 2016 r. w Polsce transportem kolejowym przy użyciu transportu intermodalnego przewieziono tys. ton ładunków, przy czym tys. ton z wykorzystaniem kontenerów i nadwozi wymiennych oraz 548 tys. ton z wykorzystaniem naczep siodłowych. Liczba przewiezionych ładunków ogółem oraz z wykorzystaniem kontenerów i nadwozi wymiennych była najwyższa od 2007 roku, to znaczy od czasu kiedy gromadzone są dane na ten temat. W przypadku naczep 38

39 siodłowych liczba przewiezionych ładunków jest 20 tys. ton niższa niż rok wcześniej. Warto jednak zaznaczyć, że jak wynika z danych Eurostatu w Polsce pierwsze przewozy intermodalne z wykorzystaniem naczep siodłowych zostały zrealizowane dopiero w 2010 r. Rys Wolumen ładunków przewiezionych transportem kolejowym w Polsce w latach z podziałem na kontenery i nadwozia wymienne oraz naczepy siodłowe Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Eurostat (stan na ). Jak wynika z zarysowanej linii trendu w najbliższych latach rynek przewozów intermodalnych w Polsce będzie się systematycznie rozwijał. Dotychczas wolumen ładunków przewożonych w technologii transportu intermodalnego rósł średnio o około 16% rok do roku, jednak w zeszłym roku wzrósł aż o 21,7%. Biorąc pod uwagę wartość średniego wzrostu, w 2020 r. wolumen ładunków przewiezionych transportem kolejowym przy użyciu transportu kolejowego będzie wynosił ponad tys. ton i będzie ponad dwa razy większy niż w 2015 r. 2.2 Technologie transportu intermodalnego Technologia kontenerów wielkich i specjalizowanych Technologia kontenerów wielkich i specjalizowanych jest zdecydowanie najpopularniejszą technologia transportu intermodalnego, w której przewozy są 39

40 realizowane przy wykorzystaniu różnego rodzaju kontenerów. Cechą charakterystyczną technologii kontenerowej są specyficzne przepisy przewozowe oraz taryfowe dostosowane do stosowanego w tego rodzaju transporcie systemu organizacji i zarządzania. Kontenery wykorzystywane w transporcie intermodalnym charakteryzują się zunifikowanymi parametrami. JŁTI tego typu są konstruowane w oparciu o standardowy moduł długości 40 stóp, zgodnie z normą ISO. Na rys. 2.4 przedstawiono rozmiary kontenerów konstruowanych zgodnie z normami ISO. Źródło: [88]. Rys Rozmiary kontenerów konstruowanych zgodnie z normami ISO Jak wskazują autorzy publikacji [5] oraz [149] kontenery wykorzystywane w transporcie intermodalnym możemy sklasyfikować następująco: ze względu na całkowitą masę brutto (wraz z ładunkiem): kontenery małe, których masa jest mniejsza niż kg, kontenery średnie, których masa wynosi od kg do kg, kontenery wielkie, których masa jest większa niż kg; ze względu na przystosowanie do gałęzi transportu: kontenery do transportu naziemnego, kontenery do transportu lotniczego; 40

41 ze względu na przeznaczenie: ogólnego przeznaczenia: zamknięte, specjalizowane; specjalne: izotermiczne, zbiornikowe, do ładunków sypkich, płytowe, pozostałe. Do przewozu kontenerów wykorzystywane są różnorodne środki transportu. W przypadku transportu drogowego będą to wyłącznie naczepy kontenerowe, a w transporcie kolejowym specjalnie przystosowane wagony kontenerowe lub wagonyplatformy. Jeżeli chodzi o transport morski mówimy o statkach z odpowiednią konstrukcją do przewozu kontenerów, zwanych potocznie kontenerowcami. W przypadku żeglugi śródlądowej wykorzystywane są barki, a w lotnictwie samoloty transportowe, przystosowane do transportu kontenerów lotniczych [132]. Pionowy przeładunek kontenerów najczęściej realizowany jest za pomocą suwnic wyposażonych w: spredery kontenerowe, które posiadają ramiona (stałe lub rozsuwane) za pomocą których chwytane są naroża zaczepowe kontenera, lub spredery kleszczowe umożliwiające podniesienie kontenera za jego podstawę. Rzadziej spotykany jest pionowy przeładunek kontenerów przy wykorzystaniu ciągników technologicznych [13]. Do zalet systemu kontenerowego należy zaliczyć: zunifikowane wymiary jednostek ładunkowych, duży udział masy ładunku w masie jednostki ładunkowej oraz wysoki poziom dostępności odpowiednio przystosowanych środków transportu oraz maszyn i urządzeń przeładunkowych. Wszystkie wyżej wymienione czynniki powodują, że technologia kontenerowa jest najpopularniejszą technologią intermodalną na świecie. Za wadę technologii kontenerowej można uznać konieczność wykorzystywania dedykowanych urządzeń ładunkowych, co nie ma miejsca na 41

42 przykład w przypadku technologii bimodalnej oraz technologii ruchomej drogi. Przykładowy kontener 40-stopowy został przedstawiony na rys Rys Wymiary kontenera 40-stopowego Źródło: Technologia bimodalna Technologia transportu bimodalnego wykorzystuje specjalnie przystosowane naczepy, które mogą być przewożone transportem kolejowym. W publikacji [192] opisano trzy metody mocowania naczep do wózków kolejowych: za pomocą adaptera, z wykorzystaniem kulistego czopa skrętu oraz ślizgów bocznych (rozwiązanie stosowane zarówno z przodu jak i z tyłu naczepy), za pomocą kulistego czopa skrętu oraz ślizgów bocznych (z tyłu naczepy) oraz układu składającego się z dyszla i gniazda ze sworzniem umożliwiającego połączenie dwóch naczep w składzie pociągu, za pomocą niezależnych belek skrętnych. Konstrukcja naczep dedykowanych dla transportu bimodalnego jest bardziej wytrzymała od konstrukcji standardowych naczep siodłowych, ponieważ w transporcie kolejowym musi przenieść dużo większe obciążenia wzdłużne. Z tego względu naczepy transportu intermodalnego są również o około kg cięższe. Ponadto przedmiotowe JŁTI są wyposażone w pneumatyczne zawieszenie oraz mechanizm umożliwiający podnoszenie osi kół jezdnych. W omawianej technologii transportu intermodalnego w transporcie kolejowym wykorzystuje się dwuosiowe wózki wagonowe wyposażone w standardowy układ hamulcowy oraz kulisty czop skrętu. Jak wskazano wcześniej proces przeładunku z transportu samochodowego na transport 42

43 kolejowy w technologii bimodalnej polega na zamocowaniu naczepy bimodalnej do wózków kolejowych, co zostało zilustrowane na rys Rys Organizacja przeładunku z transportu samochodowego na transport kolejowy w technologii bimodalnej. Źródło: [88]. Co warte podkreślenia technologia transportu intermodalnego nie wymaga żadnych maszyn, ani urządzeń przeładunkowych. Proces formowania pociągu w transporcie bimodalnym nie jest skomplikowanych, ponieważ do ustawienia wózków kolejowych na torze ładunkowym może zostać wykorzystany ciągnik siodłowy stanowiący część zestawu drogowego wraz z naczepą bimodalną. Z wyżej wymienionych względów technologia bimodalna jest stosunkowo prosta i tania we wdrożeniu oraz użytkowaniu. Ponadto w technologii bimodalnej udział masy ładunku w całkowitej masie składu pociągu jest najwyższy spośród omawianych technologii transportu intermodalnego, a ze względu na małe odstępy pomiędzy naczepami w trakcie przewozów kolejowych możliwe jest efektywne wykorzystanie całej długości składu pociągu. Wśród wad technologii bimodalnej należy wymienić konieczność stosowania specjalnie wyposażonych naczep. Ponadto w przypadku omawianej technologii potoki przewożonych ładunków powinny być symetryczne względem siebie, dzięki czemu przewozy są bardziej efektywne z ekonomicznego punktu widzenia Technologia ruchomej drogi Technologia ruchomej drogi w literaturze zwana jest również technologią Ro-La (niem. Rollende Landstrasse ). W przypadku tej technologii środki transportu drogowego są przewożone transportem kolejowym na niskopodłogowych wagonach. Przewożone mogą być zestawy drogowe składające się z ciągnika siodłowego i naczepy (długość 16,50 m.) lub samochodu ciężarowego i przyczepy (długość 18,75 m). Wspomniane wagony niskopodłogowe charakteryzują się podłogą położoną na całej 43

44 długości wagonu na wysokości 410 mm nad główką szyny, dzięki czemu zestawy drogowe przewożone na wagonach mieszczą się w skrajni kolejowej. Przeładunki z transportu samochodowego na transport kolejowy realizowane są wyłącznie poziomo zgodnie z podejściem FIFO (ang. First In First Off ). Podejście FIFO oznacza, że pojazd samochodowy, który jako pierwszy zostanie załadowany na pociąg, także jako pierwszy zostanie z niego wyładowany. Załadunek/wyładunek polega na wjechaniu środków transportu drogowego na wagon po rampie lub pochylni, co zostało zilustrowane na rys Rys Organizacja przeładunku z transportu samochodowego na transport kolejowy w technologii ruchomej drogi Źródło: [88]. Podobnie jak w przypadku technologii bimodalnej zaletami technologii ruchomej drogi są niskie koszty oraz prostota realizacji przeładunków. Technologia ruchomej drogi nie wymaga znacznych nakładów inwestycyjnych w infrastrukturę przeładunkową. Punkt przeładunkowy musi być wyposażony jedynie w utwardzony plan, tor ładunkowy oraz rampę lub pochylnię. W odróżnieniu od technologii bimodalnej w tym wypadku obsługiwane zestawy drogowe nie muszą być w żaden sposób specjalnie przystosowane do przewozu transportem kolejowym. Główna wada technologii Ro-La to wymóg zakupu wagonów niskopodwoziowych, które umożliwiają przewóz środków transportu samochodowego. Ponadto w czasie realizacji przewozu transportem kolejowym spedytor nie możliwości wykorzystania kierowcy, ani ciągnika siodłowego, ponieważ podróżują oni pociągiem wraz z ładunkiem Technologia nadwozi wymiennych i naczep transportu kombinowanego Technologia nadwozi wymiennych i naczep transportu kombinowanego nazywana jest również technologią na barana (ang. Piggyback, niem. Huckepack ). Polega ona na przewozie naczep transportu kombinowanego oraz 44

45 nadwozi wymiennych transportem kolejowym przy użyciu specjalizowanych wagonów skonstruowanych w taki sposób, aby środek transportu przemieszczany na wagonie nie przekraczał skrajni kolejowej. W przypadku nadwozi wymiennych do przewozu koleją wystarczające są wagony-platformy, natomiast do przewozu naczep transportu kombinowanego niezbędne jest wykorzystanie wagonów kieszeniowych. Warto doprecyzować, że naczepy transportu kombinowanego to naczepy transportu drogowego z konstrukcją wzmocnioną w taki sposób aby możliwe było uchwycenie naczepy przez spreder kleszczowy. W technologii na barana prace przeładunkowe mogą być realizowane w dwojaki sposób: pionowo za pomocą suwnicy wyposażonej w spreder kleszczowy bądź zawiesia linowego z jednopunktowym zawieszeniem, lub poziomo z wykorzystaniem ciągnika. Technologia pionowego przeładunku naczepy transportu kombinowanego została zilustrowana na rys Rys Organizacja pionowego przeładunku naczepy transportu kombinowanego z transportu samochodowego na transport kolejowy Źródło: [88]. Technologia nadwozi wymiennych i naczep transportu kombinowanego charakteryzuje się lepszym wskaźnikiem udziału masy ładunku w całkowitej masie składu pociągu w stosunku do technologii ruchomej drogi, jednak w porównaniu do technologii kontenerowej oraz technologii bimodalnej wspomniany wskaźnik osiąga dużo niższy poziom. Dodatkowo w czasie realizacji przewozu transportem kolejowym operator ma możliwość wykorzystania kierowcy oraz ciągnika siodłowego, ponieważ w tym wypadku JŁTI jest przywożona do terminalu załadunkowego i odwożona z terminalu wyładunkowego przez różne ciągniki siodłowe. 45

46 Największą wadą technologii na barana są wysokie koszty wdrożenia tego rozwiązania, co wynika z konieczności poniesienia nakładów na specjalnie przystosowane środki transportu kolejowego i drogowego, a także urządzenia i maszyny przeładunkowe Pozostałe technologie transportu intermodalnego We wcześniejszych podrozdziałach zaprezentowano najpopularniejsze technologie transportu intermodalnego do słabiej rozpowszechnionych należy zaliczyć technologie: ACTS, Modalohr, Kockums, FlexiWaggon ALS oraz CargoBeamer, które zostały krótko scharakteryzowane poniżej. Technologia ACTS Technologia pojemników tocznych ACTS (niem. Abroll Container Transport System, ang. Intermodal Container Transportation System ) polega na poziomym przeładunku JŁTI z wykorzystaniem obrotowej ramy z prowadnicami. Rama w trakcie przeładunku jest wychylona o 45 w stosunku do osi wagonu-platformy, a pojemnik jest wtaczany na wagon lub z niego staczany po prowadnicach przy wykorzystaniu pojazdów z hakowym systemem załadowczym. W tym wypadku kluczowe znaczenie mają znormalizowane wymiary pojemników wykorzystywanych w systemie ACTS. Główna zaletą tej technologii jest prostota robót ładunkowych realizowanych bez maszyn przeładunkowych, a wadą konieczność wykorzystania wagonów-platform z wyposażeniem dedykowanym technologii ACTS [88], [107], [192]. Technologia Modalohr Technologia Modalohr umożliwia realizację przeładunków naczep siodłowych poprzez użycie specjalnych ram obrotowych zamontowanych na niskopodłogowych wagonach-platformach. Technologia przeładunku, co do zasady, jest podobna do tej stosowanej w systemie pojemników tocznych ACTS. Jednak w tym wypadku, rama w trakcie przeładunku jest wychylona o 30 w stosunku do osi wagonu-platformy, a JŁTI jest ładowana na wagon po rampie ukośno-bocznej. W omawianej technologii JŁTI mogą być przewożone transportem kolejowym wraz z towarzyszącym im ciągnikiem siodłowym lub samodzielnie. Do zalet technologii Modalohr należy zaliczyć prostotę robót ładunkowych oraz możliwość wykorzystania standardowych naczep siodłowych. Niestety, przeładunki 46

47 w tej technologii mogą być realizowane wyłącznie na specjalnie przystosowanych terminalach intermodalnych wyposażonych w rampy skośno-boczne. Ponadto przewozy kolejowe w technologii Modalohr są możliwe tylko przy użyciu dedykowanych wagonplatform. Z wyżej wymienionych powodów wdrożenie omawianej technologii jest kosztowne [88], [192]. Technologia Kockums Technologia działająca na tej samej zasadzie co opisany wcześniej system Modalohr. Jedyną różnicę stanowi konstrukcja obrotowych ram na niskopodłogowych wagonach-platformach. W przypadku technologii Kockums ramy są zamontowane na wagonach w taki sposób, że prace przeładunkowe mogą być prowadzone tylko po jednej stronie wagony. Technologia Modalohr jest pod tym względem lepsza, ponieważ środek obrotu ramy jest zlokalizowany na środku wagonu-platformy co umożliwia prowadzenie prac przeładunkowych po obu stronach wagonu [192]. Technologia FlexiWaggon Jest to kolejny system, który różni się od technologii Modalohr jedynie szczegółami. Technologia FlexiWaggon poza ciągnikami siodłowymi z naczepami umożliwia obsługę pojazdów ciężarowych z przyczepami o całkowitej długości do 18,75 m. Kolejną zaletę stanowi brak wymogu instalowania w terminalu przeładunkowym ramp skośno-bocznych, co czyni tę technologię bardziej uniwersalną od systemu Modalohr [192]. Technologia ALS Największą zaletą systemu poziomego przeładunku naczep siodłowych ALS (ang. Automatic Loading System ) jest szybkość z jaką realizowane są prace przeładunkowe. W technologii ALS naczepy siodłowe są przewożone transportem kolejowym na niskopodłogowych wagonach platformach wyposażonych. Urządzenia przeładunkowe specjalistyczne lawety samojezdne wyposażone w podnośniki do podnoszenia naczep siodłowych stanowią wyposażenie wspomnianych wagonów. Terminale intermodalne przystosowane do obsługi systemu muszą być wyposażone w rampy załadowcze o wysokości umożliwiającej realizację przeładunków. Można powiedzieć, że jest to kolejna odmiana technologii Modalohr [192]. 47

48 Technologia CargoBeamer Ostatni z omawianych systemów do rozwinięcie technologii bimodalnej. W przypadku technologii CargoBeamer naczepy siodłowe są przewożone transportem kolejowym w specjalistycznych wymiennych platformach pełniących rolę pewnego rodzaju adaptera za pomocą którego naczepa siodłowa jest mocowana do wózków kolejowych. Prace przeładunkowe są realizowane poziomo przy wykorzystaniu dedykowanych przenośników, które w tym wypadku stanowią wyposażenie terminalu intermodalnego. Podobnie jak w technologii bimodalnej, system CargoBeamer charakteryzuje wysoki udział masy ładunku w całkowitej masie składu pociągu [192]. Należy podkreślić, że technologie transportu intermodalnego nie stanowią zbioru zamkniętego, ponieważ stale powstają nowe rozwiązania dedykowane dla przewozów intermodalnych, a autor scharakteryzował jedynie najważniejsze z dostępnych systemów. Jak wynika z powyższej analizy każdy z systemów transportu intermodalnego ma pewne cechy, które decydują o jego popularności na rynku usług transportowych. 2.3 Determinanty doboru technologii transportu intermodalnego Dobór odpowiedniej technologii transportu intermodalnego jest kluczowy z punktu widzenia organizacji procesu przewozowego w transporcie intermodalnym oraz ma istotny wpływ na opłacalność przewozów intermodalnych. Jak wskazał autor publikacji [150] efektywne korzystanie z przewozów intermodalnych jest opłacalne, jeżeli średnia odległość przewozu wynosi 500 km, a wielkość przewozów to około ton w skali roku. Dlatego też wraz ze wzrostem wolumenu przewozów intermodalnych bardziej zauważalne są korzyści jakie wynikają z wdrożenia tego typu rozwiązań. Mnogość dostępnych technologii z jednej strony jest zaletą ponieważ potencjalny użytkownik może dobrać system odpowiadający jego potrzebom, jednak z drugiej strony jest to wada, która powoduje, że poszczególne technologie nie są wzajemnie kompatybilne ze sobą. Brak unifikacji dostępnych technologii intermodalnych stanowi jedną z barier spowalniających rozwój przewozów intermodalnych. W trakcie procesu doboru technologii intermodalnego osoba odpowiedzialna za dokonanie wyboru powinna wziąć pod uwagę: koszty wdrożenia rozpatrywanego rozwiązania, 48

49 koszty eksploatacji, koszty zewnętrzne transportu takie jak zanieczyszczenie środowiska naturalnego, poziom hałasu, koszty wypadków transportowych i zajętość terenu; dostępność, jakość i stopień wykorzystania infrastruktury liniowej (połączeń transportowych), która ma wpływ na niezawodność (potencjalne opóźnienia) oraz bezpieczeństwo przewozów, dostępność, stan wyposażenia i poziom organizacji pracy infrastruktury punktowej (terminali intermodalnych), dostępność środków transportu dysponujących odpowiednimi parametrami techniczno-eksploatacyjnymi, sposób organizacji procesu przewozowego [88]. Na etapie projektowania procesu transportowego niezbędne jest także przeanalizowanie właściwości fizycznych, chemicznych oraz biologicznych przedmiotu transportu. Wspomniane cechy mają wpływ na podatność transportową ładunku, którą w publikacji [26] zdefiniowano jako wrażliwość ładunku na czynności w transporcie, przy jednoczesnej odporności na ujemne ich skutki i warunki działania. Niezwykle istotne jest także przenalizowanie w jaki sposób zrealizowanie usługi transportowej wpłynie na wartość ekonomiczną, społeczną i środowiskową przedmiotu transportu w miejscu docelowym. 49

50 3. ZADANIA I FUNKCJE TERMINALI INTERMODALNYCH JAKO ELEMENTÓW SIECI TRANSPORTOWEJ 3.1 Terminal intermodalny jako element sieci transportowej Punkty przeładunkowe transportu intermodalnego zwane również terminalami intermodalnymi to punktowe elementy infrastruktury logistycznej pełniące rolę węzłów w sieci transportowej. Terminale intermodalne stanowią punkty poprzez które realizowane są przewozy towarów od punktów nadania do punktów odbioru z wykorzystaniem technologii transportu intermodalnego. Potoki przewożonych ładunków są poddawane w terminalach przeładunkowych różnym przekształceniom. W przypadku terminali intermodalnych wspomniane przekształcenia ładunków to przede wszystkim składowanie oraz przeładowywanie. Należ pamiętać, że przeładowywanie ładunków w terminalu intermodalnym odbywa się bez zmiany jednostki ładunkowej, co stanowi o istocie transportu intermodalnego. W pracy zbiorowej pod redakcją D. Kisperskej-Moroń oraz S. Krzyżaniak zdefiniowano punkt przeładunkowy transportu intermodalnego jako obiekt przestrzenny z właściwą mu organizacją i infrastrukturą umożliwiającą przeładunek intermodalnych jednostek transportowych: kontenerów, nadwozi wymiennych i naczep samochodowych pomiędzy różnymi środkami transportu oraz wykonywanie czynności na tych jednostkach w związku z ich składowaniem i użytkowaniem [110]. Zazwyczaj terminale transportu intermodalnego stanowią rozbudowane obiekty umożliwiające kompleksową obsługę ładunków i środków transportowych. Można powiedzieć, że współczesny terminal intermodalny ma charakter centrum logistycznego zdefiniowanego jako obiekt przestrzenny z określoną organizacją oraz infrastrukturą, dzięki której możliwe jest wykonywanie operacji na towarach w związku z ich magazynowaniem i przemieszczaniem pomiędzy nadawcą a odbiorcą, a także świadczenie usług pomocniczych i dodatkowych. Warto zauważyć, że w zależności od tego jak zdefiniujemy ramy systemu transportowego terminale intermodalne mogą stanowić zarówno węzły pośrednie jak również węzły wejściowe/wyjściowe do/z systemu transportowego. Na przykład w przypadku systemu transportowego Polski terminal nadbałtycki (np. Bałtycki Terminal Kontenerowy w Gdyni) stanowi węzeł wejściowy/wyjściowy do/z tak zdefiniowanego systemu. Natomiast rozpatrując system transportowy niezbędny do realizacji całego zadania transportowego od producenta na Dalekim Wschodzie do 50

51 odbiorcy końcowego w Polsce ten sam terminal intermodalny może stanowić węzeł pośredni. Istotność terminalu dla funkcjonowania intermodalnego systemu transportowego wynika przede wszystkim z jego lokalizacji, oferowanych usług, posiadanej infrastruktury punktowej i liniowej a także z organizacji pracy na terenie terminalu. W intermodalnym systemie transportowym terminale intermodalne pełnią rolę zasadniczą ponieważ umożliwiają łączenie i rozdzielanie potoków ładunków, dzięki czemu możliwa jest optymalizacja wykorzystywanych rozwiązań transportowych, a tym samym obniżenie kosztów oraz czasu realizacji zadania transportowego. Wspomniana optymalizacja polega na odpowiednim doborze technologii transportowych przy uwzględnieniu specyfiki realizowanego zadania transportowego, rodzaju przełożonego ładunku, oczekiwań klienta, a także dostępnych zasobów. Analizując fachową literaturę [59], [85], [183], [190] terminale intermodalne można sklasyfikować między innymi ze względu na: położenie w łańcuchu dostaw: terminale zlokalizowane na terenie portów rzecznych, terminale zlokalizowane na terenie portów morskich, terminale zlokalizowane na terenie portów lotniczych, terminale zlokalizowane na sieci kolejowej, zasięg: terminale krajowe, terminale międzynarodowe, terminale międzykontynentalne, rozmiar: małe powierzchnia składowa do TEU, średnie powierzchnia składowa od do TEU, duże powierzchnia składowa od do TEU, bardzo duże powierzchnia składowa powyżej TEU, obsługiwane JŁTI: terminale obsługujące kontenery wielkie, terminale obsługujące kontenery specjalizowane, terminale obsługujące naczepy siodłowe, 51

52 terminale obsługujące nadwozia wymienne oraz naczepy transportu kombinowanego, terminale obsługujące pojazdy ciężarowe wraz z przyczepami, terminale obsługujące inne rodzaje JŁTI, na liczbę obsługiwanych technologii transportu intermodalnego: terminale uniwersalne obsługujące kilka technologii transportu intermodalnego, terminale standardowe obsługujące jedną technologię transportu intermodalnego, liczbę obsługiwanych klientów: terminale dedykowane dla konkretnego klienta, terminale dostępne dla wielu klientów, sposób zarządzania: terminale zarządzane przez jednego operatora, terminale zarządzane przez firmę zewnętrzną (logistyka firm trzecich, ang. Third Party Logistics ), terminale operujące w ramach centrum logistycznego, własność: publiczno-prywatne sfinansowane częściowo ze środków publicznych np. poprzez publiczne inwestycje w rozwój infrastruktury wokół terminalu, prywatne sfinansowane w całości ze środków prywatnych. Funkcjonalności poszczególnych terminali intermodalnych są uzależnione od czynników takich jak lokalizacja czy wyposażenie, jednak w ogólności funkcje realizowane przez terminale intermodalne można podzielić na funkcje podstawowe, pomocnicze oraz dodatkowe [138], [139]. W ogólności działalność terminalu transportu intermodalnego polega na przekształcaniu strumieni materiałów wchodzących do terminalu w strumienie materiałów wychodzących z terminalu. Strumienie wchodzące do terminalu mogą pochodzić od nadawców ładunków lub od innych terminali. Analogicznie strumienie ładunków wychodzących z terminalu mogą być adresowane do odbiorców ładunków lub do kolejnych terminali intermodalnych. Należy przy tym zaznaczyć, że strumieniom 52

53 ładunków towarzyszą strumienie informacji, które również podlegają przekształceniom. Celem przekształceń jest realizacja zadania logistycznego. Strumienie ładunków w terminalu intermodalnym mogą być przekształcane ze względu na następujące czynniki: czas realizowane w trakcie składowania; ten rodzaj przekształcenia ma charakter bierny, przestrzeń realizowane w trakcie transportu wewnętrznego (np. między poszczególnymi operacjami), postać realizowane w trakcie procesów przeładunkowych. Należy podkreślić, że strumienie materiałów w tym samym czasie mogą być przekształcane ze względu na dwa lub trzy wyżej wskazane kryteria. Przykładowo w trakcie procesów przeładunkowych strumienie materiałów są przekształcane ze względu na przestrzeń oraz ze względu na postać. Podobnie strumienie informacji towarzyszące strumieniom ładunków mogą być przekształcane ze względu na: czas realizowane w trakcie gromadzenia oraz przechowywania informacji, przestrzeń realizowane przez nośniki informacji takie jak dokumenty, raporty, listy przewozowe czy pocztę elektroniczną, postać realizowane w trakcie zmian treści informacji lub poprzez zmianę nośnika informacji. Zakres i forma przekształceń realizowanych na strumieniach materiałów i informacji są związane z obniżeniem kosztów oraz skróceniem okresu realizacji zadania logistycznego, zwiększenie bezpieczeństwa realizowanych działań, a także zmniejszeniem negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne. Wyżej wymienione korzyści są możliwe dzięki kompleksowej obsłudze jaka jest zapewniona w terminalu intermodalnym. Przekształcenia strumieni ładunków i informacji realizowane w terminalu intermodalnym zobrazowano na rys [62]. Procesy przekształcenia strumieni ładunków wymagają zwymiarowania obiektu ze względu na koszty, nakłady, wydajność i czas. Odpowiednie zwymiarowanie obiektu pod względem przestrzeni, zasobów ludzkich oraz sprzętowych umożliwia realizację zadania logistycznego na wymaganym poziomie, w określonym terminie oraz przy jak najmniejszych kosztach. Podsumowując, w trakcie doboru lokalizacji oraz wyposażenia terminalu przeładunkowego transportu intermodalnego koniczne jest uwzględnienie 53

54 zakresu przekształceń strumieni ładunków oraz informacji jakie mają być realizowane w tym terminalu. Rys Przekształcenia strumieni ładunków i informacji w terminalu intermodalnym Źródło: opracowanie własne na podstawie [62]. 3.2 Charakterystyka terminali intermodalnych Projektowanie samego terminalu należy rozpocząć od estymacji rocznych i średniodobowych obciążeń obiektu poprzez szacunkowe określenie liczby obsługiwanych JŁTI oraz ich struktury. W następnej kolejności niezbędne jest określenie lokalizacji terminalu w systemie transportowym. Na podstawie szacunków co do rodzaju obsługiwanych JŁTI oraz dostępnych środków transportu samochodowego i kolejowego należy dobrać technologię transportu intermodalnego, która ma wpływ m.in. na charakter realizowanych w terminalu prac przeładunkowych. Następnie, konieczne jest zaprojektowanie stref funkcjonalno-przestrzennych, takich jak m.in. front ładunkowy, strefa składowania itp. oraz wyznaczenie liczby typu maszyn i urządzeń przeładunkowych przy uwzględnieniu założeń dotyczących obsługiwanych technologii transportu intermodalnego. W ramach projektowania terminalu konieczne jest uwzględnienie aspektów związanych z zabezpieczeniem przeciwpożarowym, bezpieczeństwem i higieną pracy oraz oddziaływaniem na środowisko. W trakcie całego procesu formułowania założeń projektowych należy wziąć pod uwagę aktualne normy prawne dotyczące planowanych rozwiązań funkcjonalnych i organizacyjnych. 54

55 Charakteryzując terminale intermodalne warto omówić także ich wyposażenie. Wśród maszyn i urządzeń przeładunkowych wykorzystywanych w terminalach intermodalnych przede wszystkim należy wyróżnić suwnice, które są najpopularniejszym urządzeniem przeładunkowym stosowanym w transporcie intermodalnym. Suwnice charakteryzują się tym, że ich udźwig jest stały niezależnie od położenia ładunku w stosunku do punktów podparcia suwnicy. Konstrukcja bramowa suwnicy obejmuje pasma składowe, pasma torowe i pasma manipulacyjne. W transporcie intermodalnym suwnice są wykorzystywane przede wszystkim do przeładunku kontenerów, nadwozi wymiennych i naczep siodłowych. Do realizacji przeładunków przy użyciu suwnicy niezbędne jest wykorzystanie osprzętu pomocniczego takiego jak na przykład spreder, który wykorzystywany jest w przypadku kontenerów, nadwozi wymiennych i naczep siodłowych. Spreder kontenerowy (wyposażony w ramiona stałe lub rozsuwane) daje możliwość uniesienia JŁTI za górne naroża zaczepowe kontenera. Natomiast spreder kleszczowy umożliwia uniesienie JŁTI za jej podstawę i, w związku z tym, zazwyczaj jest wykorzystywany do nadwozi wymiennych oraz naczep siodłowych. Ponadto przeładunki suwnicą mogą być realizowane z zastosowaniem zawiesia linowego lub haka i ramy chwytnej z jednopunktowym zawieszeniem. Jednak w przypadku tego osprzętu możliwy jest przeładunek wyłącznie nadwozi wymiennych i naczep siodłowych. Poza suwnicami w transporcie intermodalnym wykorzystuje się także żurawie zarówno samojezdne jak i samochodowe wyposażone w spreder lub zawiesie. Niestety, w przypadku żurawi udźwig jest uzależniony od wysięgu oraz od tego czy żuraw pracuje przy użyciu podpór. Z tego względu żurawie samojezdne i samochodowe są zazwyczaj wykorzystywane w stosunkowo niewielkich lub tymczasowych punktach przeładunkowych transportu intermodalnego. Kolejnymi z urządzeń przeładunkowych wykorzystywanych w terminalach intermodalnych są wozy podnośnikowe, czyli pojazdy trakcyjne z podnośnikiem czołowym lub (rzadziej) bocznym. Wozy podnośnikowe są wykorzystywane do przeładunków kontenerów, nadwozi wymiennych oraz naczep siodłowych. Do mniej popularnych urządzeń ładunkowych stosowanych w terminalach intermodalnych należą wozy podsiębierne oraz dźwigniki narożnikowe. Są one stosowane rzadziej ze względu na dużo mniejszy udźwig oraz mniejszą uniwersalność. Maszyny i urządzenia przeładunkowe oraz osprzęt pomocniczy stosowane w terminalach do przeładunków JŁTI zostały przedstawione na rys

56 Rys Wyposażenie terminali intermodalnych Źródło: opracowanie własne na podstawie [107]. Na przykładzie intermodalnego terminalu drogo-kolejowego można wyróżnić następujące elementy infrastruktury technicznej transportu intermodalnego [106], [107]: układ drogowy terminalu umożliwiający obsługę środków transportu samochodowego, w jego skład wchodzą: drogi dojazdowe łączące terminal z ogólnodostępną siecią dróg publicznych, parkingi i place odstawcze, pasma drogowe i pasma manipulacyjne (wchodzą także w skład frontu ładunkowego); układ torowy terminalu umożliwiający podstawianie pociągów na stanowiska obsługowe, w jego skład wchodzą: tory dojazdowe łączące punkt przeładunkowe z siecią kolejową, tory odstawcze, tory wyciągowe, tory ładunkowe (wchodzą także w skład frontu ładunkowego); 56

57 front ładunkowy na którym realizowane są prace przeładunkowe, stanowi element łączący układ drogowy z układem torowym, w jego skład wchodzą: tory ładunkowe na których obsługiwane są środki transportu kolejowego w trakcie prac przeładunkowych, pasma drogowe służące do obsługi środków transportu samochodowego w trakcie prac przeładunkowych, place składowania wraz z magazynami służące do składowania krótkoterminowego (pomiędzy operacjami ładunkowymi) oraz długoterminowego (retencyjnego) JŁTI, pasma manipulacyjne w obrębie których operują maszyny ładunkowe; zaplecze obsługowo-naprawcze; urządzenia techniczne (kanalizacyjne, oświetleniowe, energetyczne itp.); budynki administracyjne. Przykładowy schemat terminalu intermodalnego został przedstawiony na rys W terminalu intermodalnym JŁTI mogą być przeładowywane w różnych relacjach z wykorzystaniem lub bez wykorzystania placu składowego. Jak wskazano w pracy [13], w przypadku lądowego terminalu intermodalnego obsługującego transport drogowy oraz kolejowy JŁTI mogą być przeładowywane w następujących relacjach: z wagonu na wagon bezpośrednio pomiędzy dwoma różnymi pociągami, z wagonu na plac, a następnie na wagon pomiędzy dwoma różnymi pociągami z wykorzystaniem placu składowego, z wagonu na pojazd samochodowy bezpośredni przeładunek z transportu kolejowego na transport drogowy, z wagonu na plac, a następnie na pojazd samochodowy przeładunek z transportu kolejowego na transport drogowy z wykorzystaniem placu składowego, z pojazdu samochodowego na wagon bezpośredni przeładunek z transportu drogowego na transport kolejowy, z pojazdu samochodowego na plac, a następnie na wagon przeładunek z transportu drogowego na transport kolejowy z wykorzystaniem placu składowego. 57

58 Rys Przykładowy schemat punktu przeładunkowego transportu intermodalnego Źródło: [88]. 58

59 Ponadto w szczególnych przypadkach, przez terminal intermodalny JŁTI są przewożone tranzytem bez realizacji prac przeładunkowych. Możliwości przeładunków poszczególnych relacjach w terminalu kolejowo-drogowym zobrazowano na rys Rys Relacje przeładunków w terminalu kolejowo-drogowym. Źródło: opracowanie własne. 3.3 Funkcje terminali intermodalnych Do podstawowych funkcji logistycznych terminali intermodalnych należy przyjmowanie ładunków przychodzących i wysyłanie ładunków wychodzących z terminalu oraz związane z tym czynności obsługowe. Poza tym do funkcji logistycznych zaliczamy także składowanie ładownych i próżnych JŁTI oraz, w ograniczonym zakresie, transport wewnętrzny obsługiwanych JŁTI. Wśród logistycznych funkcji terminali intermodalnych można wyróżnić także integrowanie i dezintegrowanie strumieni ładunków oraz kierowanie tych strumieni do innych węzłów sieci transportowej. W związku z realizacją w terminalu intermodalnych funkcji podstawowych niezbędne jest zapewnienie sprawnego przepływu informacji zarówno w komunikacji wewnętrznej jak i zewnętrznej. Drugą grupą funkcji terminali intermodalnych są usługi pomocnicze wspierające realizację wyżej wymienionych funkcjonalności podstawowych. Do funkcji pomocniczych zaliczamy przeładunki jednostek ładunkowych obsługiwanych w terminalu, a także usługi ubezpieczeniowe i obsługę celną. Poza tym wśród funkcji pomocniczych terminali można wymienić usługi telekomunikacyjne, usługi informatyczne (m.in. elektroniczny system zgłoszeń), wynajem kontenerów oraz usługi marketingowe i promocyjne. Trzecia z opisywanych grup to funkcje dodatkowe dotyczące przede wszystkim: obsługi serwisowej środków transportu, napraw awaryjnych JŁTI, 59

60 plombowania JŁTI, czyszczenia JŁTI, usuwania i odprowadzania odpadów, obsługi finansowo księgowej, obsługi hotelarskiej, obsługi gastronomicznej. Podsumowując można powiedzieć, że funkcje logistyczne oraz pomocnicze są ściśle związane z podstawową działalnością terminali przeładunkowych transportu intermodalnego, natomiast funkcje dodatkowe niejako stanowią uzupełnienie tej oferty poprzez podniesienie komfortu wszystkich użytkowników terminalu zarówno jego pracowników jak i klientów. Podział wszystkich funkcji terminali intermodalnych przedstawiono na rys Rys Funkcje terminali intermodalnych Źródło: opracowanie własne na podstawie [110]. 60

61 Niezwykle złożonym zagadnieniem jest efektywność terminali intermodalnych oraz ich konkurencyjność na rynku transportowym. Można wskazać szereg czynników wpływających na to czy dany terminal jest chętnie wybierany przez organizatorów procesu transportowego. Jedną z najistotniejszych kwestii stanowi dostępność terminalu rozumiana zarówno jako odpowiednio dobrana lokalizacja jak również jako czas pracy terminalu. Terminale intermodalnego powinny być zlokalizowane przy głównych szlakach komunikacyjnych z dobrym dostępem do infrastruktury transportowej oraz operować przez jak największą liczbę godzin w ciągu doby. Dobry przykład stanowią największe terminale w Europie, w których ładunki obsługiwane są 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu. Biorąc pod uwagę powyższe rozważania, aby spełnić oczekiwania klientów oferta terminalu transportu intermodalnego powinna być skonstruowana w sposób kompleksowy, a oferowane usługi musi cechować komplementarność. Ponadto punkt przeładunkowy powinien być odpowiednio przygotowany pod względem technicznym, kadrowym i organizacyjnym, aby umożliwić realizację oferowanych usług przy zapewnieniu [58], [59], [132], [192], [208]: właściwej technologii prac przeładunkowych, składowania i transportu wewnętrznego dla różnych rodzajów JŁTI, odpowiedniej infrastruktury punktowej i liniowej dla wszystkich obsługiwanych technologii transportu intermodalnego, wystarczającego systemu informacyjnego i łączności, właściwego gospodarowania urządzeniami przeładunkowymi oraz infrastrukturą wykorzystywaną w trakcie procesu składowania, wykorzystania innowacyjnych rozwiązań dostępnych na rynku. Mając na uwadze zmieniające się uwarunkowania rynkowe obiekty logistyczne takie jak terminale intermodalne powinny być konstruowane w sposób umożliwiający przekształcanie czy też rozszerzanie oferowanych usług, zgodnie z wymaganiami klientów. Ponadto na konkurencyjność punktów przeładunkowych transportu intermodalnego wpływa liczba dostępnych technologii transportu intermodalnego, ponieważ wraz ze wzrostem liczby obsługiwanych technologii rośnie uniwersalność terminalu. W tym aspekcie należy również pamiętać o sposobie organizacji wszystkich procesów w terminalu, co wpływa na sprawność oraz szybkość obsługi jednostek 61

62 ładunkowych transportu intermodalnego. Kolejny czynnik to wyposażenie terminalu rozumiane jako liczba urządzeń przeładunkowych, liczba frontów ładunkowych, powierzchnia placów składowych oraz powierzchnia parkingów dla pojazdów samochodowych. Istotna jest także liczba oraz długość torów przeładunkowych i odstawczych. Terminale przeładunkowe transportu intermodalnego mają pozytywny wpływ na funkcjonowanie systemów logistycznych w związku z: ograniczeniem kosztów wykorzystania infrastruktury transportowej, tworzeniem efektu synergii poprzez świadczenie usług i użytkowanie niezbędnych do tego celu zasobów ludzkich i sprzętowych, kształtowaniem ładu przestrzennego dzięki sposobowi funkcjonowania umożliwiającemu odpowiedni poziom planowania przestrzennego oraz podejmowania stosownych decyzji urbanistycznych, rozwiązywaniem trudności w organizacji transportu przede wszystkim w obrębie aglomeracji miejskich i dużych centrów przemysłowych [110]. W tym miejscu warto zauważyć, że punkty przeładunkowe transportu intermodalnego oddziaływają nie tylko na system transportowy w którym funkcjonują, ale również na gospodarkę w ujęciu lokalnym, krajowym, a nawet kontynentalnym. Dosyć oczywisty jest wpływ nowopowstałego terminalu na rozwój całego systemu transportu intermodalnego, dzięki czemu rozwijane są takie gałęzie transportu jak transport kolejowy, żegluga śródlądowa oraz transport morski, co z kolei przyczynia się do zmniejszenia negatywnego oddziaływania na środowisko, o czym wspomniano we wcześniejszej części rozprawy. Warto zauważyć, że poza tym terminale intermodalne umożliwiają także koncentrację usług logistycznych i związanych z nimi rozwiązań transportowych, przez co następuje wzmocnienie potencjału gospodarczego. Kwestia ta jest szczególnie wyraźna w przypadku realizacji przewozów intermodalnych z wykorzystaniem pociągów blokowych kursujących stale pomiędzy wybranymi terminalami. Wokół terminali przeładunkowych transportu intermodalnego można zauważyć istotny wzrost działalności gospodarczej różnego rodzaju oraz napływ inwestycji, szczególnie w zakresie działalności produkcyjnej, handlowej i usługowej. Należy podkreślić, że powstawanie nowych terminali intermodalnych kształtuje warunki dla wzrostu komodalności transportu, ponieważ konsolidacja ładunków w duże 62

63 potoki umożliwia dobór odpowiednich środków transportu, dostosowanie technologii przewozu do ładunku, a także optymalizacje wykorzystania dostępnych zasobów ludzkich i sprzętowych. Obecność terminali intermodalnych ma również wymierne korzyści w aspekcie rozwoju regionalnego, ponieważ inwestycje w terminale powodują pozytywne zmiany na lokalnym rynku pracy, pobudzają koniunkturę gospodarczą (np. w budownictwie), podnoszą atrakcyjność regionu w oczach potencjalnych nowych inwestorów, a także stymulują rozwój kształcenia zawodowego. Największa efektywność realizowanych procesów oraz produktywność wykorzystywanych zasobów występuje w przypadku optymalnego zlokalizowania terminalu o rozmiarach dostosowanych do aktualnych potrzeb przy uwzględnieniu prognoz dotyczących rozwoju systemu transportowego w kolejnych latach. Ponadto szczególnie ważne jest, aby terminal intermodalny miał charakter otwarty dla wszystkich zainteresowanych klientów, tak aby zapewnić im wszystkim równy dostęp do zasobów [85]. Jak wskazuje J. Wronka w [208] w chwili obecnej można wyróżnić następujące tendencje na rynku transportu intermodalnego w Europie: zasada neutralności właścicieli i operatorów terminali umożliwiająca swobodny i otwarty dostęp do terminali intermodalnych dla wszystkich uczestników rynku transportowego na takich samych zasadach, odstępowanie od wyizolowanych terminali intermodalnych na rzecz dużych zintegrowanych centrów logistycznych, w których terminal intermodalny stanowi podstawę funkcjonowania, rozwój sieci małych i średnich terminali intermodalnych z pełną automatyzacją procesów przeładunkowych, usprawnianie procesów przeładunkowych w terminalach intermodalnych poprzez wprowadzanie automatyzacji, ujednolicanie wykorzystywanych technologii intermodalnych oraz wdrażanie innowacyjnych systemów informatycznych na potrzeby własne operatorów terminali oraz ich klientów, większa powszechność występowania samodzielnych operatorów terminali intermodalnych w formie: spółek lub holdingów z udziałem przewoźników kolejowych, operatorów transportu lub władz regionalnych, 63

64 albo nowych przedsiębiorstw o statusie firm publicznych; intensyfikacja powiązań pomiędzy władzami centralnymi i lokalnymi, a właścicielami i operatorami terminali intermodalnych m.in. poprzez inwestowanie publicznych środków finansowych w budowę i modernizację terminali intermodalnych (w ramach państwowych programów rozwoju transportu), planowanie rozwoju intermodalnych systemów transportowych w ramach państwowych programów rozwoju transportu. 3.4 Terminale intermodalne w Polsce W tabeli 3.1 przedstawiono zestawienie terminali intermodalnych funkcjonujących w Polsce (stan na 15 października 2017 r.), natomiast na rys. 3.6 przedstawiono mapę z ich lokalizacjami. W chwili obecnej na polskim rynku przewozów intermodalnych działa 35 terminali przeładunkowych transportu intermodalnego, a liczba ta rośnie z każdym rokiem. Całkowita powierzchnia składowa wszystkich terminali to ponad TEU, natomiast ich całkowita zdolność przeładunkowa to TEU. Wszystkie terminale są zlokalizowane w bezpośrednim sąsiedztwie linii kolejowych, dzięki czemu możliwa jest tam realizacja przeładunków pomiędzy transportem kolejowym a transportem drogowym. Ze wspomnianych 35 terminali, sześć jest zlokalizowanych w portach morskich w Gdyni, Gdańsku i Szczecinie. Te terminale mają możliwość także możliwość obsługi transportu morskiego. Dodatkowo cztery terminale poza obsługą transportu morskiego obsługują także żeglugę śródlądową. Warto zwrócić uwagę, że wiele terminal jest umiejscowionych w bardzo podobnych lokalizacjach, które charakteryzują się strategicznym położeniem i dobrym dostępem do infrastruktury transportowej. Biorąc pod uwagę powyższe spostrzeżenie możemy wyróżnić w Polsce cztery 'centra' transportu intermodalnego, tj. Trójmiasto, województwo łódzkie, aglomerację poznańską oraz aglomerację warszawską, gdzie zlokalizowanych jest aż 19 z 35 terminali intermodalnych. Istotne znaczenie mają także terminale w Małaszewiczach oraz Żurawicy położone na wschodniej granicy Polski w pobliżu przejść granicznych z, odpowiednio, Białorusią i Ukrainą. 64

65 Rys Lokalizacja terminali intermodalnych w Polsce Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Urzędu Transportu Kolejowego (stan na ). Jak wynika ze wspomnianego zestawienia na polskim rynku istnieje kilku ważnych operatorów, którzy zarządzają większością z istniejących terminali (do takich przedsiębiorstw możemy zaliczyć PCC Intermodal S.A., PKP CARGO S.A., czy Polzug Intermodal Polska Sp. z o.o.). Warto zauważyć, że poszczególne obiekty charakteryzują się dużą różnorodnością jeżeli chodzi o parametry techniczne takie jak powierzchnia składowania czy pojemność terminalu. Przykładowo najmniejszy terminal w Polsce dysponuje pojemnością na poziomie 63 TEU, a największy w Gdyni ponad TEU. Jest to niezwykle istotna cecha z punktu widzenia analizy całościowej rynku transportu intermodalnego w Polsce. Analizując całkowitą zdolność przeładunkową, łatwo można zauważyć, że największą zdolnością charakteryzują się terminale zlokalizowane w województwie pomorskim, co ma związek z dużymi terminalami kontenerowymi w portach morskich 65

66 w Gdańsku i Gdyni. Kolejne województwa, takie jak śląskie, wielkopolskie, czy łódzkie mają potencjał do przeładowania mniej niż 1 mln TEU. Opisywaną zależność obrazuje wykres na rys Rys Całkowita zdolność przeładunkowa terminali intermodalnych zlokalizowanych w poszczególnych województwach Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Urzędu Transportu Kolejowego (stan na ). Dodatkowo, z analizy rynku intermodalnego w Polsce wynika, że najpopularniejsza technologia transportu intermodalnego to technologia kontenerowa wszystkie terminale w Polsce mają możliwość przeładunków kontenerów. Poza tym ponad 20 terminali ma możliwość obsługi nadwozi wymiennych, w 15 terminalach możliwe jest przeładowywanie naczep transportu intermodalnego. Co ciekawe, jedynie w 4 terminalach intermodalnych możliwa jest obsługa zestawów drogowych technologii ruchomej drogi. 66

67 Tab Zestawienie terminali intermodalnych w Polsce L.p. Terminal Operator Brzeg Dolny, ul. Sienkiewicza 6 Brzesko, ul. Przemysłowa 6 Dąbrowa Górnicza, ul. Koksownicza 6 Gądki, ul. Magazynowa 8 Gdańsk, ul. M. Chodeckiego 33 Gdańsk, ul. Kontenerowa 7 Gdynia, ul. Kwiatkowskiego 60 PCC Intermodal S.A. KARPIEL Sp. z o.o. Polzug Intermodal Polska Sp. z o.o. Polzug Intermodal Polska Sp. z o.o. Gdański Terminal Kontenerowy SA DCT Gdańsk SA BCT Bałtycki Terminal Kontenerowy Sp. z o.o. Gałęzie transportu - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - morski - kolejowy - drogowy - morski - żegluga śródląd. - kolejowy - drogowy - morski - żegluga śródląd. Obsługiwane JŁTI - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne Powierzchnia całkowita [ha] Całkowita zdolność przeładunkowa [TEU] Powierzchnia składowa [TEU] kontenery 10, kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - nadwozia wymienne - zestawy drogowe kontenery 6, kontenery kontenery - nadwozia wymienne - zestawy drogowe 66, Tory ładunkowe 1300 m. (2 tory po 650 m) m. (6 torów po 366 m.) m. (3 tory po 625 m.) m. (4 tory po 610 m.) 514 m. (2 tory po 257 m.) m. (4 tory po 618 m.) m. (3 tory po 675 m. i 2 tory po 300 m.) 1 Dodatkowo place składowe pojazdów o pojemności ok sztuk 67

68 Gdynia, ul. Energetyków 5 Gliwice, ul. W. Reymonta 32 Gliwice, ul. Portowa 28 Kąty Wrocławskie, ul. Fabryczna 1 Kolbuszowa, ul. ks. Ruczki 3C Kutno, ul. Intermodalna 5 Łódź, ul. Tomaszowska 60 Gdynia Container Terminal S.A. PKP CARGO CONNECT Sp. z o.o. PCC Intermodal S.A. SCHAVEMAKER INVEST Sp. z o.o. PCC Intermodal S.A. PCC Intermodal S.A. Spedycja Polska SPEDCONT Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - morski - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kontenery 19, kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne 6, m. (7 torów) 820 m. (2 tory po 410 m.) m. (4 tory po 650 m.) tor, 764,5 m. b.d tor, 510 m , m. (4 tory po 700 m.) 800 m. (2 tory po 400 m.) 15. Łódź, ul. Śląska 3A Loconi Intermodal S.A. - kolejowy - drogowy - kontenery 2, tor, 600 m. 16. Małaszewicze, ul. Kolejarzy 22B PKP CARGO Centrum Logistyczne Małaszewicze Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne 14, m. (po 4 tory 1435 mm. oraz 1520 mm) 68

69 17. Małaszewicze, ul. Warszawska 1C EUROPORT Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - kontenery - nadwozia wymienne - zestawy drogowe m. (po 2 tory 1435 mm. oraz 1520 mm) 18 Nałęczów, Drzewce 1 LTK Intermodal Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - kontenery 2, tor, 600 m. 19. Poznań, ul. Ostrowska 300 PKP CARGO CONNECT Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - kontenery - nadwozia wymienne - zestawy drogowe 2, m. (2 tory po 610 m.) 20. Poznań, ul. Nowosolska 40 Loconi Intermodal S.A. - kolejowy - drogowy - kontenery 1, tor, 350 m. 21. Pruszków, ul. Przytorowa 1 Polzug Intermodal Polska Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne 4, m. (1 tor m. oraz 1 tor m.) Radomsko, ul. Kraszewskiego 36 Radomsko, ul. Młodzowska 3 Siechnice, ul. Stawowa 1 Sławków, ul. Groniec 1 Stryków, ul. Batorego 27 Loconi Intermodal S.A. Erontrans Agencja Celna Sp. z o.o. Baltic Rail AS Euroterminal Sławków Sp. z o.o. Erontrans Agencja Celna Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kontenery 6, tor, 600 m. - kontenery - nadwozia wymienne 1, tor, 320 m. - kontenery kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - nadwozia wymienne m. (2 tory po 600 m.) m. (7 torów po 700 m.) 1, tor, 320 m. 69

70 Swarzędz, ul. Rabowicka 51b Szamotuły, ul. Chrobrego 15 Szczecin, ul. Bytomska 14 Świnoujście, ul. Bunkrowa 1 Warszawa, ul. Ordona 2a Warszawa, ul. Jagiellońska 88 Warszawa, ul. Marywilska 39 Włosienica, ul. Długa 1 Żurawica, ul. Kolejowa 55 Clip Logistics Sp. z o.o. Ostsped Intermodal Sp. z o.o. Sp. K. DB Port Szczecin Sp. z o.o. OT Port Świnoujście Sp. z o.o. Spedycja Polska SPEDCONT Sp. z o.o. Loconi Intermodal S.A. PKP CARGO CONNECT Sp. z o.o. Baltic Rail AS PKP CARGO Centrum Logistyczne Medyka Żurawica Sp. z o.o. - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - morski - żegluga śródląd. - kolejowy - drogowy - morski - żegluga śródląd. - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kolejowy - drogowy - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne m. - kontenery b.d. b.d m. - kontenery 12, m. - kontenery m. - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne - kontenery - naczepy siodłowe - nadwozia wymienne 1, , m. (2 tory po 350 m.) m. (1 tor m. oraz 1 tor m.) tor, 320 m. - kontenery tor, 400 m. - kontenery 1, b.d. Źródło: opracowanie własne na podstawie danych Urzędu Transportu Kolejowego (stan na r.). 70

71 4. METODY I NARZĘDZIA WYKORZYSTYWANE W PROJEKTOWANIU INTERMODALNYCH SIECI TRANSPORTOWO-LOGISTYCZNYCH 4.1 Problemy decyzyjne w transporcie dotyczące konfiguracji sieci Projektowanie sieci logistycznych jest zadaniem bardzo złożonym. Dobry projekt wpływa na lepsze wyniki firmy, pozwala obniżyć koszty oraz poprawić poziom obsługi klientów poprzez określenie optymalnych zależności między poszczególnymi węzłami sieci i przepływem dóbr materialnych. Aby osiągnąć ww. cele, niezbędne jest uwzględnienie wszystkich istotnych czynników, które mają wpływ na rozwiązanie projektowe. Na ogół, przez projekt rozumie się zbiór czynności lub działań ludzkich, powiązanych ze sobą w określony sposób, niezbędnych do osiągnięcia celu, którym zazwyczaj jest wytworzenie unikatowego produktu w skończonym przedziale czasu. Pojęcie projektowania wywodzi się od łacińskiego słowa proiectus, które oznacza pomysł, zamiar, plan twórczego działania lub przedsięwzięcia, nową ideę, sugestię, propozycję. Według I. Jacyny-Gołdy opracowane w naukach technicznych rozwiązania projektowe utożsamiane są z konstruowaniem przedmiotów i obiektów, strukturyzacją systemów technicznych oraz wartościowaniem w kategoriach technik czynnościowych i narzędziowych związanych przede wszystkim z kształtowaniem i konstruowaniem [83]. Zagadnienie procesów decyzyjnych jest szeroko opisywane w literaturze. Autor pracy [175] opisuje proces decyzyjny jako czyn wewnętrzny będący wolnym wyborem jednego z możliwych przyszłych zachowań, a sama decyzja jest definiowana przez A. K. Koźmińskiego i W. Piotrowskiego jako świadomy wybór jednego spośród rozpoznanych i uznanych za możliwe wariantów przyszłego działania [117]. Jednocześnie w publikacji [211] decydowanie jest tłumaczone jako dokonywanie nielosowego wyboru w trakcie realizacji jakiegoś działania. W ogólności można stwierdzić, że wynikiem procesu decyzyjnego zawsze jest podjęcie decyzji, przy czym decydent, co do zasady, dążąc do podjęcia optymalnej lub najkorzystniejszej decyzji stara się dokonać obiektywnej oceny rozpatrywanego zagadnienia. W publikacji [165] wskazano, że wiedza dotycząca istnienia różnych kategorii decyzji jest niezbędna do poprawnego określenia analizowanego zagadnienia, właściwego doboru ekspertów oraz metody analizy procesu decyzyjnego. Z tego 71

72 względu podejmowane decyzje możemy sklasyfikować ze względu na liczbę kryteriów, otoczenie w jakim są podejmowane, czas na ich podjęcie lub powtarzalność. Klasyfikacja decyzji została przedstawiona na rys Rys Klasyfikacja decyzji Źródło: opracowanie własne na podstawie [165]. Każdy proces decyzyjny powinien rozpocząć się od sformułowania problemu, określenia głównych założeń oraz wskazania celu oceny. W następnej kolejności konieczne jest określenie skończonej liczby mierzalnych kryteriów oraz wyodrębnienie zbioru wariantów decyzyjnych, które będą przedmiotem analizy. Kolejnym etapem procesu decyzyjnego jest przyjęcie określonej metodologii analizy oraz jej realizacja. Niezbędna jest zarówno analiza jakościowa jak i ilościowa rozpatrywanych wariantów rozwiązań. Newralgicznym etapem procesu decyzyjnego jest ocena otrzymanych wyników oraz wybór optymalnego wariantu to w tym momencie podejmowana jest właściwa decyzja. Należy podkreślić, że proces decyzyjny nie musi być procesem skończonym, ponieważ po wdrożeniu wybranego rozwiązania niezbędna jest ocena efektywności podjętej decyzji. Jeżeli ocena efektywności otrzymanego rozwiązania jest niezadowalająca konieczne jest wyciągnięcie stosownych wniosków oraz rozpoczęcie procesu decyzyjnego od początku. Struktura procesu decyzyjnego została przedstawiona na rys [16], [165], [194]. 72

73 Rys Struktura procesu decyzyjnego Źródło: opracowanie własne na podstawie [16]. W strukturze procesu decyzyjnego wyszczególnia się dwa obszary logiczne: obszar formułowania problemu decyzyjnego oraz obszar analizy. Jak opisano w publikacji [69] celem realizacji obszaru formułowania problemu decyzyjnego jest zdefiniowanie zbioru kryteriów oceny w sposób umożlwiający osiągnięcie celu. W drugim obszarze realizowana jest analiza jakościowa i ilościowa, w trakcie której wykorzystywana jest wiedza i doświadczenie osób przeprowadzających ocenę. Co ciekawe decydent, który ostatecznie dokonuje wyboru najlepszego rozwiązania nie musi być członkiem zespołu analitycznego. Z kolei autorzy publikacji [124] prezentują nieco inne podejście wyodrębniając siedem głównych etapów podejmowania decyzji: 1) sformułowanie problemu wraz z opisaniem rozpatrywanego zagadnienia i zdefiniowaniem celu analizy, 2) sformułowanie modelu decyzyjnego wraz z określeniem ograniczeń, 3) dobór metody rozwiązania problemu decyzyjnego oraz zebranie danych niezbędnych do przeprowadzenia analizy, 4) rozwiązanie modelu decyzyjnego wraz z weryfikacją, 5) interpretacja otrzymanych rezultatów, 6) zbadanie w jaki sposób zmieni się rozwiązanie w wyniku zmiany parametrów analizy (ocena wrażliwości), 7) wdrożenie otrzymanego rozwiązania. 73

74 Oba zaprezentowane podejścia są bardzo podobne. Jednak w przypadku drugiego z nich podkreślone jest znaczenie modelu decyzyjnego, którego rozwiązanie stanowi tak naprawdę podjęcie decyzji. Jak wynika z analizy literatury dotyczącej procesów decyzyjnych mogą one dotyczyć zagadnień związanych z [120], [173], [196], [197]: wyborem najlepszego z rozpatrywanych rozwiązań przy uwzględnieniu zdefiniowanych wcześniej kryteriów, szeregowaniem rozwiązań w klasy uporządkowane od najbardziej do najmniej korzystnego, porządkowaniem rozwiązań w grupy robocze. Warto podkreślić, że zastosowanie nawet najlepszej metody rozwiązania problemu decyzyjnego nie gwarantuje otrzymania satysfakcjonującego rozwiązania. Ten fakt może wynikać między innymi z pozyskania niewystarczającej liczby danych niezbędnych do sformułowania modelu decyzyjnego (np. w momencie tworzenia modelu mogły nie być znane wszystkie uwarunkowania mające wpływ na końcowe rozwiązanie). Poza tym należy pamiętać, że model stanowi odwzorowanie rzeczywistości, w związku z czym w modelu mogą zostać zastosowane zbyt daleko idące uproszczenia. Ponadto w przypadku rozwiązywania procesów decyzyjnych wybór końcowego rozwiązania (np. wariantu projektowego) zazwyczaj należy do człowieka, którego ocena jest subiektywna. Trzeba też podkreślić, że w wielu przypadkach wybrane metody rozwiązania problemu decyzyjnego nie są metodami dokładnymi. Metody przybliżone (np. heurystyczne) są wykorzystywane w problemach o wysokim poziomie skomplikowania, w których zastosowanie algorytmu dokładnego nie daje możliwości znalezienia rozwiązania w skończonym czasie. Metody przybliżone wskazują rozwiązanie, które jest bliskie optymalnemu, dlatego zawsze istnieje ryzyko, że rezultat działania takiej metody nie będzie satysfakcjonujący [165]. Analizując przedstawione struktury procesu decyzyjnego można dojść do wniosku, że już dobranie metody rozwiązania problemu decyzyjnego stanowi proces decyzyjny sam w sobie, ponieważ niezwykle trudno jest dobrać odpowiednią metodę rozwiązania do rozpatrywanego problemu. Wymaga to uwzględnienia celu realizacji procesu decyzyjnego, oczekiwanego czasu otrzymania rozwiązania oraz wcześniej wspomnianej dokładności rozwiązania. Tak więc, w trakcie projektowania procesu 74

75 decyzyjnego niezbędne jest uwzględnienie wad i zalet dostępnych metod rozwiązania analizowanego problemu, ponieważ jak wykazano dobór odpowiedniej metody może mieć wpływ na to czy wdrożone rozwiązanie będzie spełniało oczekiwania interesariuszy procesu decyzyjnego. Przedmiotem analizy w ramach procesu decyzyjnego mogą być rozmaite problemy gospodarcze, ekonomiczne, inwestycyjne czy społeczne. Jak wskazano w rozdziale 1, transport, a w szczególności system transportowy pełnią rolę usługową w stosunku do pozostałych gałęzi gospodarki. W związku z tym można stwierdzić, że głównym celem funkcjonowania systemów transportowych jest obsługa potoków pasażerów oraz ładunków. Potoki obsługiwane w systemach transportowych są opisywane charakterystykami rodzajowymi, ilościowymi oraz jakościowymi, dlatego nierzadko podkreślana jest istotność problematyki procesów decyzyjnych w dziedzinie kształtowania i projektowania systemów transportowych. Jak wskazano w publikacji [84] do najważniejszych problemów decyzyjnych dotyczących problematyki systemów transportowych należy zaliczyć m.in. zagadnienia: kształtowania przepływu ładunków w sieci transportowej, planowania dostaw, lokalizacji obiektów logistycznych, takich jak punkty przeładunkowe i centra magazynowe, organizacji sieci transportowej, doboru maszyn i urządzeń do poszczególnych elementów sieci transportowej, optymalizacji czasu realizacji procesu transportowego, oceny przystosowania infrastruktury liniowej i punktowej systemu transportowego do konkretnego zadania transportowego, doboru wariantu rozwiązania projektowego. Wszystkie z wyżej wymienionych problemów można rozpatrywać w ujęciu jednokryterialnym oraz wielokryterialnym. Rozważany w niniejszej rozprawie problem badawczy łączy zagadnienia organizacji intermodalnej sieci transportowej oraz lokalizacji obiektów logistycznych jakimi są terminale przeładunkowe transportu intermodalnego. Organizacja intermodalnej sieci transportowej to przede wszystkim wyznaczenie lokalizacji jej węzłów, tj. intermodalnych terminali przeładunkowych, biorąc pod uwagę ustalone warunki brzegowe, w tym możliwość obsługi danej technologii transportu 75

76 intermodalnego. W literaturze przedmiotu stosowane są różne algorytmy oraz metody wyboru lokalizacji węzłów w sieci transportowej czy logistycznej. W kolejnych podrozdziałach omówiono algorytmy stosowane w projektowaniu sieci logistycznych oraz kryteria i wybrane metody lokalizacji punktów węzłowych w sieci. 4.2 Algorytmy stosowane w projektowaniu sieci logistycznych Algorytmy tradycyjne i heurystyczne oraz możliwości ich zastosowania Jak już wspomniano wcześniej kształtowanie konfiguracji sieci logistycznej z rozmieszczeniem punktów węzłowych jest skomplikowanym procesem decyzyjnym, którego złożoność oraz możliwość wyznaczenia rozwiązania zależy od przyjętego modelu matematycznego opisującego daną sieć, tj. od danych charakteryzujących sieć, typu zmiennych decyzyjnych, ograniczeń oraz liczby i charakteru zastosowanych funkcji kryterium. Z analizy literatury wynika, że istnieje wiele algorytmów stosowanych do projektowania sieci logistycznej, które można podzielić na dokładne oraz aproksymacyjne (przybliżone). Metody dokładne pozwalają na wyznaczenie wartości zmiennych decyzyjnych dla których funkcja kryterium osiąga ekstremum. Algorytmy tego typu gwarantują rozwiązanie optymalne, jednak zazwyczaj wymagają dłuższego czasu do przeprowadzenia obliczeń, dlatego znajdują zastosowanie w problemach o małej złożoności obliczeniowej. W literaturze można znaleźć wiele opracowań w których do rozwiązania problemu stosowane są metody dokładne [13], [171]. Wśród najczęściej stosowanych metod dokładnych można wymienić: branch-and-bound, branch-and-cut, branch-and-price, cutting-plane method, programowanie dynamiczne. W przypadku problematyki kształtowania sieci logistycznych do wyznaczania lokalizacji punktów węzłowych w sieci dobierane są odpowiednie algorytmy optymalizacyjne w zależności od poziomu złożoności oraz struktury rozpatrywanego modelu. Na przykład, zarówno jednoobiektowe jak i wieloobiektowe zagadnienia wyznaczania lokalizacji mogą być rozwiązywane przy wykorzystaniu teorii grafów 76

77 i sieci, w której rozważany jest problem poszukiwania środka grafu (zlokalizowanego w jednym z jego wierzchołków) oraz problem poszukiwania absolutnego środka grafu (zlokalizowanego w wierzchołku lub na gałęzi grafu). Algorytm wyznaczania absolutnego środka grafu jako pierwszy opracował Hakimi [74], natomiast wieloobiektowym problemem lokalizacyjnym w grafie zajmowali się m.in. Christofides i Viola [45]. Praktyczne znaczenie ma także możliwość uwzględnienia w obliczeniach wag poszczególnych wierzchołków grafu, które mogą być interpretowane np. jako zapotrzebowanie klientów. W takim wypadku metoda postępowania przy poszukiwaniu środka grafu sprowadza się do ustalenia punktu (lub punktów) w grafie, z którego odległość do najdalej położonego wierzchołka obsługiwanego przez dany punkt jest minimalna. Wśród algorytmów często stosowanych w rozwiązywaniu problemów optymalizacyjnych w zakresie wyboru lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej należy wymienić algorytm Forda-Fulckersona, algorytm Busackera- Gowena oraz algorytm pełnego przeszukiwania. Algorytm Busackera-Gowena jest algorytmem służącym do wyznaczania przepływu o minimalnym koszcie w sieci logistycznej. Polega on na zwiększaniu przepływu w grafie, aż do sytuacji, w której nie będzie zawierał on wierzchołków z nadmiarem, przy czym kolejność wyznaczania dróg zależy od ich długości. W pracach [83] oraz [104] zastosowano algorytm Busackera-Gowena do wyznaczenia lokalizacji magazynów w sieci logistycznej przedsiębiorstwa produkcyjnego. Z kolei algorytm Forda-Fulkersona polega na zwiększaniu przepływu wzdłuż dowolnej ścieżki ze źródła do ujścia dopóki nie zostanie osiągnięta jej przepustowość. Przykładowo, w pracy [131] wykorzystano algorytm Forda i Fulkersona do wyznaczenia lokalizacji magazynów zbożowych. Algorytm pełnego przeszukiwania opiera się na wyznaczeniu wartości funkcji kryterium dla wszystkich rozwiązań ze zbioru rozwiązań dopuszczalnych oraz wybraniu najlepszego. Zaletami opisywanego algorytmu są prostota działania oraz możliwość uzyskanie pewnego rozwiązania nawet w sytuacji gdy działanie algorytmu zostanie przerwane. Wadą algorytmu pełnego przeszukiwania jest jego niska efektywność. Jak zauważa Jacyna-Gołda [105] metody optymalizacji w ostatnich latach zmieniają koncepcję z metod programowania matematycznego w kierunku nowoczesnych metod opartych o algorytmy heurystyczne. Większość z tych metod 77

78 powstaje w oparciu o obserwacje otaczającego świata i funkcjonowanie organizmów żywych. Są to cechy charakterystyczne m.in.: sztucznych sieci neuronowych, algorytmów mrówkowych, algorytmów genetycznych oraz nowoczesnych metod symulacyjnych. Jak wskazano wcześniej, przy złożonych problemach decyzyjnych algorytmy tradycyjne (dokładne) są mało elastyczne, dlatego nie można ich zastosować do rozwiązywania rzeczywistych, skomplikowanych modeli systemów transportowych. W przypadku, gdy specyfika rozpatrywanego problemu nie pozwala na wykorzystanie metod dokładnych, bądź czas przeprowadzania obliczeń jest nieakceptowalny możliwe jest wykorzystanie metod heurystycznych. Modelowanie heurystyczne zaliczamy do metod przybliżonych, ponieważ algorytmy tego typu nie zapewniają rozwiązania optymalnego. W literaturze przedmiotu [43], [80], [82] algorytmy oparte o heurystykę nazywa się niepełnowartościowymi ze względu na możliwość znacznego skrócenia procesu rozwiązywania zadania kosztem dokładności rozwiązania. Omawiana rodzina algorytmów umożliwia wyznaczenie rozwiązania dostatecznie dobrego w akceptowalnym przez użytkownika okresie czasu [80]. Zaletą metod heurystycznych jest ich aplikowalność do rozwiązywania słabo zdefiniowanych problemów. Ponadto, mogą one zostać zastosowane do sprowadzenia problemu do rozmiarów ułatwiających (a niekiedy nawet umożliwiających) jego rozwiązanie [51]. Według autorów [80] oraz [82] procedura heurystyczna może zostać wykorzystana także do wyselekcjonowania kosztów zaopatrzenia i produkcji, kosztów magazynowania i obsługi zapasów, kosztów zamrożenia środków obrotowych w zapasach, kosztów realizacji procesów zamówień oraz kosztów ubezpieczenia zapasów. Z pojęciem heurystyki wiąże się również metaheurystyka. Algorytmy tego typu nie są dedykowane do rozwiązywania konkretnych problemów decyzyjnych, a jedynie są regułami konstruowania odpowiedniego algorytmu. Metody metaheurystyczne są metodami uniwersalnymi i tak samo jak w przypadku specjalizowanych heurystyków zwracają rozwiązanie suboptymalne, jednak odróżnia je możliwość aplikacji do wielu różnorodnych problemów. Wśród metod metaheurystycznych można wymienić algorytmy przeszukiwania lokalnego, algorytmy zachłanne, algorytmy przeszukiwania z tabu, algorytmy symulowanego wyżarzania, algorytmy mrówkowe oraz algorytmy genetyczne [82], [114], [193]. Stosowanie 78

79 algorytmów z powyższych grup jest najczęściej spotykane w literaturze do rozwiązywania złożonych problemów. Ponadto spotykane jest również stosowanie sztucznych sieci neuronowych czy zbiorów rozmytych. Algorytmy metaheurystyczne mogą być klasyfikowane na wiele sposobów [105]. Jednym ze sposobów klasyfikacji jest podział na heurystyki samotnego poszukiwacza (z jednym rozwiązaniem bieżącym) oraz heurystyki populacyjne (z wieloma rozwiązaniami bieżącymi). Ponadto wyróżnia się metody heurystyczne deterministyczne oraz losowe, czyli w zależności od tego czy dana metoda wykorzystuje generator liczb pseudolosowych. Podsumowując, wykorzystywanie algorytmów metaheurystycznych daje zadowalające wyniki pod względem jakości znajdywanego rozwiązania i kosztów jego uzyskania, w sensie zasobów informatycznych i czasu obliczeń Algorytmy mrówkowe i możliwości ich zastosowania do zagadnień konfiguracji sieci logistycznej Popularnymi algorytmami heurystycznymi szeroko opisywanymi w literaturze są algorytmu mrówkowe, które mają zastosowanie w optymalizacji wielu złożonych problemów decyzyjnych. Algorytm mrówkowy to probabilistyczna metoda poszukiwania rozwiązań, która została opracowana w oparciu o zasady naśladowania funkcjonowania i bytowania mrówek w środowisku naturalnym [81]. Podstawowym czynnikiem decydującym o wyborze trasy jest feromon, czyli substancja chemiczna wydzielana przez mrówki, które mając do wyboru wiele dróg, kierują się tą z najsilniejszym stężeniem feromonu. Klasycznym problemem, na którym testowano poprawność działania algorytmów mrówkowych jest zagadnienie znalezienia najkrótszego cyklu Hamiltona w grafie ważonym o dowolnej liczbie węzłów [27], [28]. Standardowe algorytmy mrówkowe działają wg następującego schematu [105]: losowanie z określonym prawdopodobieństwem, krawędzi poruszania dla każdej z mrówek, po znalezieniu rozwiązania mrówka zostawia na trasie pewną ilość feromonu, która jest uzależniona od jakości otrzymanego rozwiązania, ponowny wybór krawędzi poruszania dla każdej z mrówek, po określonej liczbie iteracji algorytm jest zatrzymywany. Uproszczony schemat algorytmu mrówkowego przedstawiono na rys

80 Rys Schemat algorytmu mrówkowego z aktualizacją cykliczną Źródło: opracowanie własne na podstawie [57]. Algorytmy mrówkowe stanowią drugą klasę algorytmów heurystycznych wykorzystywanych w problemach optymalizacyjnych. Znalazły one zastosowanie w problemach wyznaczania najkrótszej trasy m.in.: w problemie komiwojażera [55], [56], w problemie przydziału pojazdów do zadań w przedsiębiorstwach produkcyjnych [95], w problenie wyznaczania lokalizacji obiektów w sieci logistycznej przedsiębiorstw komunalnych [23] czy też przy wyznaczaniu lokalizacji obiektów w sieci logistycznej przedsiębiorstw produkcyjnych [93]. Decydujące znaczenie dla poprawności wyników ma wybór odpowiedniego typu algorytmu mrówkowego. Wyróżnia się następujące rodzaje algorytmów mrówkowych: algorytm gęstościowy (ang. ant-density ) mrówki podczas budowania drogi zostawiają stałą ilość feromonu na każdym jej odcinku, 80

81 algorytm ilościowy (ang. ant-quantity ) mrówki podczas budowania drogi zostawiają ilość feromonu odwrotnie proporcjonalną do długości wybranej krawędzi, algorytm cykliczny (ang. ant-cycle ) mrówki zostawiają feromon dopiero w momencie, gdy zbudują całą drogę, co oznacza, że ich ślad jest aktualizowany pomiędzy kolejnymi iteracjami Algorytmy genetyczne i możliwości ich zastosowania do zagadnień konfiguracji sieci logistycznej Algorytmy genetyczne są metodami opierającymi swoje działanie na mechanizmach doboru naturalnego oraz dziedziczności, które nalazły zastosowanie jako funkcjonalne i praktyczne narzędzie optymalizacyjne do rozwiązywania problemów NP-trudnych. Algorytmy genetyczne znalazły zastosowanie m.in. w zagadnieniach transportowych rozwiązujących problem komiwojażera [10], [32], [136], [137], [147]. Podstawowe zalety algorytmów genetycznych to: prowadzenie poszukiwania punktu optymalnego nie z jednego miejsca na płaszczyźnie przeszukiwań, lecz z kilku punktów ustalonych przez daną populację osobników, bazowanie na informacjach wyznaczonych przez funkcję celu, a nie jej pochodne, co umożliwia operowanie wyłącznie na zbiorze rozwiązań dopuszczalnych. Z drugiej strony należy podkreślić, że algorytmy genetyczne często zwracają rozwiązania przybliżone, ponieważ kończą swoje działanie na rozwiązaniach optymalnych lokalnie. Mimo tego algorytmy genetyczne są z powodzeniem stosowane do rozwiązywania wielu problemów optymalizacyjnych. W algorytmach genetycznych stosuje się mechanizmy oparte na naturalnych zjawiskach: selekcji, krzyżowaniu i mutacji. Schemat klasycznego algorytmu genetycznego przedstawiony został na rys W algorytmie genetycznym celem dokonania oceny każdego osobnika wprowadza się funkcję oceny (przystosowania). Funkcja oceny to miara jakości danego osobnika w populacji, która jest wyznaczana na podstawie wartości funkcji kryterium rozwiązywanego zadania optymalizacyjnego. Na podstawie oceny, której poddawane są zarówno pojedyncze osobniki jak i cała populacja, dokonywana jest selekcja [43]. Proces selekcji polega na wyborze do następnego pokolenia najlepszych osobników 81

82 z populacji początkowej. W literaturze opisywane są różne sposoby selekcji, np. [17], [68], [134]: metoda stochastyczna z powtórzeniami (metoda ruletki), metoda próbkowania deterministycznego, metoda stochastyczna według reszt z powtórzeniami, metoda stochastyczna według reszt bez powtórzeń, metoda turniejowa, metoda rankingowa. Zastosowana metoda selekcji ma wpływ na jakość otrzymanego rozwiązania. Rys Schemat klasycznego algorytmu genetycznego Źródło: opracowanie własne na podstawie [68], [134]. Proces krzyżowania polega na wymianie materiału genetycznego pomiędzy osobnikami populacji rodziców, w wyniku czego uzyskuje się osobniki populacji potomków. W zależności od przetwarzanej struktury proces krzyżowania może przybierać różną formę. Klasyczny algorytm genetyczny bazuje na strukturze zwanej 82

83 chromosomem, która jest ciągiem binarnym wygenerowanym losowo, tworzącym całą populację osobników. W przypadku takiej struktury używa się klasycznej metody krzyżowania jednopunktowego. Możliwe są również inne reprezentacje struktury chromosomu takie jak ciąg liczb naturalnych. Do tak przyjętej struktury wykorzystywane jest krzyżowanie dwupunktowe, np. typu PMX (ang. partially matched crossover ) lub OX (ang. order crossover ). Kolejnym etapem algorytmu genetycznego jest mutacja, która polega na losowym przestawieniu genów, zamianie ich wartości lub transpozycji. Populacja jest generowana losowo lub za pomocą innych algorytmów heurystycznych. Warunkiem zatrzymania algorytmu genetycznego może być liczba iteracji lub brak różnorodności populacji. W pracy [105] przedstawiono uproszczony schemat działania algorytmu genetycznego, gdzie mutacje to binarne przechodzenie w kodzie chromosomu 0 w 1 oraz odwrotnie. Schemat algorytmu genetycznego tego typu został przedstawiony na rys Z kolei autor publikacji [80] opracował algorytm genetyczny dla sieci dystrybucji, którego zastosowanie pozwala określić współrzędne geograficzne miejsc lokalizacji magazynów oraz wielkości przewozów między nimi a odbiorcami. Jednak jak podkreśla autor tej pracy, przedmiotowy problem jest na tyle złożony, że rozwiązywanie go, także przy zastosowaniu algorytmów genetycznych, nastręcza wiele problemów i nie zawsze jest możliwe. W pracach [86], [156] algorytm genetyczny został zastosowany do wyznaczenia sieci logistycznej przedsiębiorstwa zajmującego się zbiórką odpadów komunalnych od podmiotów indywidualnych i zbiorowych, natomiast autor publikacji [125] zaproponował wykorzystanie algorytmu genetycznego do organizacji procesów transportu wewnętrznego w obiektach magazynowych. Istotnym problemem w projektowaniu sieci logistycznej jest ustalenie lokalizacji poszczególnych jej elementów np. dostawców, odbiorców czy punktów węzłowych z uwzględnieniem wielokryterialnych aspektów lokalizacyjnych. Złożoność zagadnienia wyznaczania lokalizacji wymaga opracowania algorytmu genetycznego adekwatnego do problemów optymalizacji wielokryterialnej. W pracy [93] autorzy opisali algorytm genetyczny bazujący na macierzowej strukturze danych, która umożliwiła opracowanie wielokryterialnej funkcji przystosowania. Za pomocą funkcji przystosowania realizowana jest ocena lokalizacji 83

84 obiektów magazynowych w sieci logistycznej przedsiębiorstwa produkcyjnego pod kątem przyjętych celów optymalizacji np. kosztów transportu lub zużycia paliwa. Nowa populacja chromosomów Początkowa populacja chromosomów Każda cyfra odpowiada właściwości organizmu stanowiącego możliwe rozwiązanie problemu Hodowla chromosomów Dostosowanie (jak dobrze każdy chromosom spełnia zadanie?) Złe Mutacje Zniszcz najgorsze chromosomy Dobre Przypadkowe mutacje krzyżowanie... Zakończ pracę, gdy pewien chromosom osiągnie z góry określone przystosowanie Rys Przykład algorytmu genetycznego Źródło: [105]. 4.3 Metody lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej Kryteria wyboru lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej Problematyka wyboru lokalizacji obiektów logistycznych jest wciąż aktualna ze względu na zmianę warunków technologiczno-ekonomicznych oraz rynkowych. Rozwiązując problem lokalizacji obiektów w sieci logistycznej należy wziąć pod uwagę różne aspekty, w tym także strukturę sieci logistycznej i formy powiązań obiektów 84

85 w sieci (np. czy każdy węzeł jest przypisany do jednego obiektu czy wielu, czy połączenie węzeł węzeł z pominięciem obiektu logistycznego jest dopuszczalne i czy połączenia obiekt obiekt są pełne lub częściowe). Z analizy literatury wynika, że stosowane są różne kryteria wyboru lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej, przy czym większość autorów proponuje uwzględnienie wielu kryteriów w ramach jednego problemu. Podejście tego typu w literaturze nazywane jest wielokryterialnym lub wieloaspektowym. Zagadnienia dotyczące lokalizacji zazwyczaj cechuje duża złożoność, z tego powodu najczęściej są one rozwiązywane wieloetapowo [35]. Wówczas w kolejnych etapach podejmowania decyzji analizuje się różne kryteria lokalizacji obiektów logistycznych. Na przykład, w przypadku wyboru lokalizacji centrów logistycznych w sieci logistycznej, ze względu na znaczenie tych obiektów dla obsługi logistycznej obszaru, dobór kryteriów determinowany jest oczekiwaniami przyszłych użytkowników. W literaturze przedmiotu wymieniane są kryteria lokalizacji centrów logistycznych uwzględniające możliwość adaptacji istniejącej infrastruktury, takie jak [91], [139]: możliwość i koszt dokupienia gruntu pod inwestycję, koszt uzdatnienia terenu, połączenie z istniejącą siecią kolejową, koszt budowy dodatkowych magazynów lub obiektów biurowych, koszt budowy placów postojowo-parkingowych, koszt zaopatrzenia nowych obiektów w media, koszt przygotowania dokumentacji technicznej. Natomiast w pracach [24], [33], [35] jako podstawowe kryteria lokalizacji obiektów logistycznych wyszczególniono m.in.: łatwość naboru siły roboczej, dogodne powiązania z rynkiem, koszt robocizny, łatwość nabycia surowców, mniejszy wpływ związków zawodowych, lokalne możliwości kooperacji. Przy podejściach wielokryterialnych, jako główne czynniki decydujące o wyborze lokalizacji obiektów logistycznych wymieniane są z kolei [108], [202]: koszt magazynowania i transportu, 85

86 wymagany czas realizacji zamówień (poziom obsługi), istniejąca infrastruktura transportowa (drogi o nawierzchni twardej, linie kolejowe, drogi wodne śródlądowe, lotniska, itp.), odległość od rynków zaopatrzenia i klientów, podatki lokalne, bodźce rozwoju regionalnego. Analizując liczne publikacje oraz opracowania na temat lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej można stwierdzić, że zazwyczaj opracowane metody mają na celu minimalizację kosztów logistycznych, maksymalizację zysku oraz maksymalizację poziomu obsługi klientów Kryteria klasyfikacji metod konfiguracji sieci logistycznej z rozmieszczeniem punktów węzłowych Problematyka wyznaczania lokalizacji punktów węzłowych w sieci transportowej czy logistycznej jest przedmiotem wielu analiz. Przedmiotowe zagadnienie jest szeroko omawiane w wielu publikacjach zarówno krajowych jak i zagranicznych [14], [15], [31], [35], [39], [41], [42], [43], [45], [76], [78], [84], [91], [92], [93], [99], [102], [103], [118], [139], [153], [154], [158], [162], [166], [179], [182], [184], [193], [199], [200], [203], [206]. Występujące w literaturze metody lokalizacji punktów węzłowych, w tym obiektów takich jak magazyny, punkty przeładunkowe oraz centra logistyczne podlegają klasyfikacjom według różnych kryteriów. Na podstawie analizy literatury oraz rozważań przeprowadzonych w podrozdziale 4.3.1, jako kryteria klasyfikacji metod lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej można przyjąć [38], [42], [54], [83], [87], [96], [148], [154], [174], [193], [199], [203]: jakość uzyskiwanego rozwiązania (metody heurystyczne, symulacyjne i optymalizacyjne), liczbę uwzględnianych kryteriów oceny rozwiązań (metody jednokryterialne oraz wielokryterialne), możliwość jednoczesnej lokalizacji kilku magazynów (metody jednoobiektowe oraz wieloobiektowe), możliwość uwzględnienia ich hierarchii w sieci logistycznej (metody jednopoziomowe oraz hierarchiczne), 86

87 możliwość identyfikacji rodzajów dóbr materialnych obsługiwanych w sieci logistycznej (metody umożliwiające identyfikację obsługiwanych dóbr oraz metody, które nie oferują takiej możliwości), uwzględnienie upływu czasu (metody statyczne i dynamiczne), język opisu (metody opisowe, analityczne, opisowo-analityczne, analogowe oraz numeryczne). Występujące w literaturze metody lokalizacji obiektów w sieci logistycznej podlegają sklasyfikowaniu według wszystkich z wyżej wymienionych kryteriów. Biorąc pod uwagę wymienione kryteria, ogólny podział metod lokalizacji obiektów logistycznych można przedstawić jak na rys Rys Klasyfikacja metod lokalizacji obiektów logistycznych Źródło: opracowanie na podstawie [83], [99], [100], [199], [200], [203] Charakterystyka wybranych metod konfiguracji sieci logistycznej z rozmieszczeniem punktów węzłowych W literaturze przedmiotu do rozwiązywania problemów lokalizacyjnych najczęściej stosowana jest metoda minimalizacji odległości, która jest nazywana również metodą sieciową siatki lub metodą grawitacyjną [181], [203]. To 87

88 jednoobiektowa, jednokryterialna oraz statyczna metoda heurystyczna, która nie umożliwia identyfikacji rodzajów dóbr materialnych obsługiwanych w sieci logistycznej. W metodzie minimalizacji odległości zagadnienie lokalizacji sprowadza się do poszukiwania rozwiązania zapewniającego minimalizację sumy kwadratów odległości pomiędzy miejscami zaopatrzenia i zbytu, a poszukiwanym miejscem lokalizacji nowego obiektu. Idea postępowania w tej metodzie opisana została w wielu publikacjach, m.in. [34], [51], [54], [116] oraz [185]. Odległość lokalizowanego obiektu od jednego z obsługiwanych obszarów zgodnie z metryką euklidesową zapisywana jest wzorem: = + (4.1) gdzie:, współrzędne lokalizowanego obiektu logistycznego,, współrzędne -tego klienta, którego ma obsługiwać lokalizowany obiekt. Opisywana metoda sieciowa może zostać udoskonalona poprzez uwzględnienie znaczenia obsługiwanych obszarów oraz kosztów przewozu. W takim przypadku funkcja kryterium przybiera postać [185]:, = + (4.2) gdzie:, patrz wzór (4.1),, patrz wzór (4.1), liczba klientów, koszt przewozu dla dostaw między -tym klientem a lokalizowanym obiektem, wielkość dostaw między -tym klientem a lokalizowanym obiektem. Przy uwzględnieniu podziału klientów, których ma obsługiwać lokalizowany obiekt logistyczny, na dostawców i odbiorców, funkcja kryterium przyjmuje następującą postać:, = (4.3) 88

89 gdzie:, współrzędne -tego dostawcy, który będzie obsługiwany przez punkt węzłowy,, współrzędne -tego odbiorcy, który będzie obsługiwany przez punkt węzłowy, liczba dostawców, liczba odbiorców, stawka przewozowa dla dostaw od -tego dostawcy do punktu węzłowego, wielkość dostawy od -tego dostawcy do punktu węzłowego, stawka przewozowa dla wysyłek z punktu węzłowego do -tego odbiorcy, wielkość dostawy z punktu węzłowego do -tego odbiorcy. W literaturze można znaleźć liczne przykłady zastosowania metody najmniejszej odległości do wyznaczania miejsc lokalizacji. Na przykład Marczuk [131] stosuje tę metodę do lokalizacji zakładu przetwórstwa rolno-spożywczego. Należy jednak podkreślić, że w wielu przypadkach stosowanie metody najmniejszej odległości wiąże się z otrzymywaniem rozwiązań niskiej jakości, co opisał autor pracy [203]. Ponieważ metoda minimalizacji odległości nie umożliwia jednoczesnego wyznaczania lokalizacji dla więcej niż jednego obiektu logistycznego oraz jest obarczona szeregiem założeń upraszczających, do wyboru lokalizacji obiektów często stosowane są metody opisowe oraz analityczno-opisowe [104], [199], [203]. Metody te nie wymagają od projektanta znajomości wyrafinowanego aparatu matematycznego, natomiast ich wadą jest subiektywne podejście do rozpatrywanego problemu, przez co jakość rozwiązania jest uwarunkowana wiedzą rozwiązującego problem. Z analizy literatury wynika, że do rozwiązywania problemów lokalizacji jednokryterialnej oraz wielokryterialnej zastosowanie znajdują także metody opisowe oraz analityczno-opisowe. Warto jednak zauważyć, że w przypadku wykorzystywania ww. metod do zagadnień wielokryterialnych pracochłonność wykonywanych porównań, jak również ryzyko popełnienia błędu są bardzo duże. Z tego powodu rozwiązywanie za pomocą metod opisowych i analityczno-opisowych dużych wieloobiektowych zadań lokalizacyjnych nie jest możliwe. Propozycję dwuetapowego rozwiązania problemu lokalizacji obiektu logistycznego za pomocą metody opisowej podają autorzy opracowań [35] oraz [160]. Przykłady zastosowań metod opisowych do optymalnego wyboru lokalizacji obiektów logistycznych można znaleźć również w pracach [11], [36] oraz [139]. Stosowane 89

90 w wymienionych opracowaniach podejścia ograniczają się jednak do wyznaczania lokalizacji ogólnych dla jednoobiektowych problemów decyzyjnych. Wyznaczanie lokalizacji ogólnej w tym wypadku rozumiane jest wytypowanie obszaru o największym skupieniu, ze względu na wybrane kryteria (np. gęstość dróg, wielkość sprzedaży itp.). Jak wskazano w publikacji [202] istotnymi ograniczeniami możliwości stosowania metod opisowych są m.in. niemożność jednoczesnego określenia lokalizacji dla kilku obiektów oraz duże obciążenie decydenta skomplikowanymi porównaniami i analizami. W wielokryterialnych metodach analityczno-opisowych, na etapie porównań wariantów projektowych, zazwyczaj stosowane są najprostsze metody analityczne umożliwiające sprowadzenie uwzględnianych czynników lokalizacyjnych do jednego kryterium oraz wybór najlepszej lokalizacji wg tego kryterium [94]. Na przykład autor publikacji [206] do wyznaczania lokalizacji centrów logistycznych wykorzystał metodę punktową. Warto również wspomnieć o metodzie WKP polegającej na uwzględnieniu przy wyborze lokalizacji wielu wariantów oraz porównywalności potencjalnych miejsc lokalizacji obiektów logistycznych. Z kolei w pracy [70] autor opisuje metodę analizy porównawczej wariantów projektowych, przy uwzględnieniu wielu kryteriów z zastosowaniem tzw. układu wartości. Interesującym podejściem do opisowo-analitycznego rozwiązywania problemu lokalizacji obiektów logistycznych jest poszukiwanie wariantu liczby i lokalizacji tych obiektów, dla którego suma kosztów transportu i magazynowania jest minimalna. Wynikający z mniejszej liczby magazynów wzrost kosztów transportu jest rekompensowany redukcją kosztów utrzymania zapasów, niższym poziomem zapasów oraz istotnym ograniczeniem czynności manipulacyjnych [33], [202]. W większości metod dotyczących projektowania sieci logistycznych, aby zaspokoić popyt w różnych miejscach na odpowiednim poziomie, uwzględniane są takie dane jak odległość, pokrycie popytu, ograniczenia czasowe, wymagania dotyczące poziomu usług itp. Problemy te są powszechnie znane jako problemy pokrycia (ang. covering problems ). Wymagany poziom obsługi w metodach tego typu jest często przedstawiany jako: maksymalna odległość pomiędzy obiektem, a żądaną lokalizacją lub minimalny odsetek obsłużonych klientów lub 90

91 maksymalny czas przewozu między obiektem magazynowym a klientem. Autor pracy [158] zaproponował proste sformułowanie tak przedstawionego problemu w postaci minimalizacji następującej funkcji kryterium: gdzie: numer klienta, liczba klientów, numer obiektu magazynowego, liczba obiektów magazynowych, (4.4) wielkość popytu skierowanego od -tego klienta do -tego obiektu magazynowego, odległość -tego klienta od -tego obiektu magazynowego, funkcja kosztu odniesiona do odległości. Inną metodę lokalizacji tej klasy zaproponował Watson-Gandy [204], który odwzorował problem minimalizacji sumy ważonych odległości pomiędzy obiektami logistycznymi i lokalizacjami klientów z uwzględnieniem ograniczeń dotyczących zasięgu. Warto także wspomnieć o publikacji [148], w której analizowano procedurę lokalizacji awaryjnych magazynów i usług na wszystkich możliwych dystansach. Do rozwiązania tego problemu wykorzystano programowanie liniowe wspierane metodami heurystycznymi. Kolejną rodziną metod wykorzystywanych do rozwiązywania przedmiotowego problemu są metody jednokryterialnej optymalizacji liniowej, czyli statyczne metody jednokryterialne o implementacji analitycznej oraz numerycznej. W tych metodach kryterium wyboru lokalizacji obiektu jest zwykle minimalizacja sumy kosztów transportu, magazynowania i kosztów realizacji zamówień [44], [47]. Rozwiązanie tak sformułowanego problemu optymalizacyjnego uzyskiwane jest przy użyciu wyspecjalizowanych programów komputerowych, które wskazują rozwiązanie przy uwzględnieniu postawionych ograniczeń. Większość jednokryterialnych metod optymalizacji liniowej lokalizacji obiektów logistycznych stanowi pewną modyfikację zadania transportowego (z magazynami pośrednimi lub bez) [170]. W metodach tych problem wyboru lokalizacji polega na 91

92 określeniu wielkości i lokalizacji obiektów logistycznych przy minimalnych kosztach stałych i liniowo zmiennych kosztach przemieszczania ładunków, zakładając, że [116]: podaż dostaw do poszczególnych obiektów logistycznych jest znana, popyt na wszystkie produkty jest określony, każdy obiekt charakteryzuje pojemność maksymalna, która musi zostać zachowana, minimalny obrót każdego z obiektów, dla którego jego eksploatacja jest opłacalna, musi być osiągany, wszystkie produkty do tych samych odbiorców są dostarczane z tych samych źródeł. W modelu transportowo-produkcyjnym [36] zakłada się, że lokalizacja zarówno przedsiębiorstw produkcyjnych, jak i dostawców jest ustalona. Problem lokalizacji jest rozwiązywany przy założeniu, że dla zaspokojenia zapotrzebowania odbiorców (przedsiębiorstw produkcyjnych) trzeba wyznaczyć lokalizację odpowiednich obiektów logistycznych. Autorzy pozycji [130] i [131] zaproponowali lokalizację zakładów produkcyjnych dla zaspokojenia zapotrzebowania klientów indywidualnych, dla których należy uruchomić nowe zakłady i wyznaczyć ich lokalizacje. Opisywany model, podobnie jak zagadnienie transportowo produkcyjne, sprowadza się do zamkniętego zagadnienia transportowego, przy czym fikcyjny odbiorca reprezentuje łączne niewykorzystane zdolności produkcyjne we wszystkich potencjalnych lokalizacjach. Jeden z najprostszych modeli lokalizacji przy uwzględnieniu kryterium minimalizacji kosztów dla jednego towaru z nieograniczonymi pojemnością i zdolnościami przewozowymi przy kosztach liniowych przedstawiono w [121]. W tym przypadku funkcja kryterium ma następującą postać: gdzie: numer klienta, + (4.5) liczba klientów, numer obiektu logistycznego, liczba obiektów logistycznych, koszty stałe -tego obiektu logistycznego, 92

93 zmienna binarna określająca, czy -ty obiekt jest otwarty czy też zamknięty, całkowity koszt produkcji w -tym obiekcie oraz dystrybucji od -tego obiektu do -tego klienta, zmienna określająca wielkość przewozów między -tym obiektem a -tym klientem. Do rozwiązania tego problemu zaproponowano metodę heurystyczną oraz algorytm bump and shift. Wybór lokalizacji kolejnych obiektów następuje do momentu aż wzrost ich liczby nie spowoduje wzrostu całkowitych kosztów sieci logistycznej. Następny etap opisywanej metody to modyfikacja rozwiązań (eliminacja magazynów i ich przesunięcie) oraz ocena skutków przeprowadzonych modyfikacji. Daskin [34] przyjmując możliwość częściowej obsługi odbiorców (nadawców) przez lokalizowane magazyny, funkcję kryterium dla problemu lokalizacyjnego zdefiniował następująco: gdzie: + numer miejsca lokalizacji popytu, liczba miejsc lokalizacji popytu, numer miejsca lokalizacji obiektu logistycznego, liczba miejsc lokalizacji obiektów logistycznych, 93 (4.6) koszty przewozu odniesione do jednostki odległości oraz do jednostki popytu, wielkość popytu w -tym miejscu, odległość między -tym miejscem lokalizacji popytu a -tą lokalizacją obiektu, zmienna określająca wielkość przewozów między -tym miejscem lokalizacji popytu a -tą lokalizacją obiektu. Ambroziak oraz Żak [14] dla lokalizacji obiektów logistycznych zaproponowali model lokalizacyjno rozwózkowy, w którym uwzględniona została zarówno obsługa transportowa obiektów logistycznych za pomocą ustalonych środków transportu zewnętrznego, jak i sama lokalizacja tych obiektów. W funkcji celu uwzględnione zostały koszty transportu, koszty przejścia ładunków przez obiekt logistyczny oraz koszty budowy (rozbudowy) i utrzymania tego obiektu. Do oceny lokalizacji obiektów magazynowych stosowane są także metody optymalizacji wielokryterialnej. Na przykład w pracy [92] zaproponowano wielokryterialną metodę oceny wyboru lokalizacji centrum logistycznego

94 z wykorzystaniem metody wielokryterialnej MAJA [84], [91], [92]. Podejście to służy do rozwiązywania jednoobiektowych problemów lokalizacyjnych, w których możliwe jest zdefiniowanie zbioru wariantów dopuszczalnych, zaś w ocenie wariantów lokalizacyjnych branych jest pod uwagę wiele kryteriów o ustalonych wagach. Autor pracy [202] zaproponował metodę wielokryterialnej oceny obsługi logistycznej rejonu w wieloszczeblowym systemie dystrybucji. Metoda ta umożliwia wybór lokalizacji centrów logistycznych z przypisaniem ich do szczebla dystrybucji, przy uwzględnieniu m.in. podziału klientów na zewnętrznych i wewnętrznych względem danego obszaru. W metodzie tej nie uwzględniono ukształtowania technologiczno-przestrzennego lokalizowanych obiektów. Jako kryteria cząstkowe rozwiązywanego problemu zostały przyjęte [202]: koszt przewozu, wielkość pracy przewozowej, wielkość zadań logistycznych, koszt eksploatacji centrów logistycznych, kryterium dostępności centrów logistycznych do infrastruktury transportowej, kryterium przydatności terenu do lokalizacji centrów logistycznych, kryterium kosztów pozyskania terenu dla lokalizacji centrów logistycznych, kryterium sąsiedztwa z istniejącymi obiektami, które mogą być uwzględnione w tworzonym systemie. W projektowaniu konfiguracji sieci logistycznych stosowane są również metody modelowania symulacyjnego, np. Pipeline Manager opracowany w firmie Arthur Andersen & Company [29]. Model ten przeznaczony jest do analizy przepływu produktów pomiędzy różnymi obiektami logistycznymi. Ponadto opisywany model umożliwia określenie poziomu zapasów, pojemności magazynów, czasu przemieszczania produktów oraz kanałów dystrybucji. Z kolei w modelu symulacyjnym, który zaproponował Ronen [172] uwzględniono lokalizację magazynów, zarówno w odniesieniu do miejsc produkcji, jak i miejsc konsumpcji. Współcześnie coraz częściej pojawiają się również próby rozwiązywania problemu projektowania sieci logistycznych z wykorzystaniem metod modelowania dynamicznego. W przypadku metod tego typu, przy wyborze lokalizacji obiektów magazynowych, bierze się pod uwagę wszelkiego rodzaju wahania danych źródłowych w zakresie wielkości strumieni ładunków, cen oraz kosztów. Stosowanie metod 94

95 dynamicznych ma na celu uchwycenie kosztów zmiany konfiguracji sieci logistycznej. Przykładem dynamicznego wyznaczania lokalizacji obiektów logistycznych jest metoda opisana przez Hilliera w publikacji [20]. Szczególnym przypadkiem problemu lokalizacyjnego jest zagadnienie umiejscowienia obiektów. Jest ono użyteczne m.in. przy określaniu usytuowania względem siebie magazynów w sieci logistycznej, zakładów w przedsiębiorstwie wielozakładowym, hal i pomieszczeń w planie przedsiębiorstwa, gniazd lub stref operacyjnych w hali przedsiębiorstwa, a także stanowisk roboczych na wydziale produkcyjnym. Problematykę umiejscowienia obiektów opisano w publikacjach [178] oraz [179]. Ze względu na wieloaspektowość rozważanego problemu wyznaczania lokalizacji punktów węzłowych w sieci logistycznej oraz różnorodność stosowanych metod wybór odpowiedniego podejścia do omawianego problemu badawczego nie jest oczywisty. Zestawienie wybranych pozycji literaturowych traktujących o metodach projektowania sieci logistycznych oraz metodach wyznaczania lokalizacji obiektów logistycznych przedstawiono w tablicy 4.1. Na podstawie analizy ww. pozycji literaturowych sformułowano ogólny schemat metody wyznaczania lokalizacji obiektów logistycznych, który został zaprezentowany na rys Procedura konfiguracji intermodalnej sieci transportowej z uwzględnieniem lokalizacji punktów przeładunkowych Biorąc pod uwagę przeprowadzone rozważania w zakresie kryteriów, metod i narzędzi kształtowania konfiguracji sieci logistycznych można wskazać, że procedura kształtowania intermodalnej sieci transportowej powinna uwzględniać: poprawne zdefiniowanie celu badań, tj. identyfikację problemu decyzyjnego, sformułowanie modelu matematycznego wraz z dobraniem wskaźnika oceny jakości rozwiązania, analizę oraz dobór metod i algorytmów rozwiązania problemu lokalizacji punktów węzłowych w sieci transportowej, opracowanie komputerowej implementacji wybranej metody, przeprowadzenie weryfikacji metody na przykładzie danych rzeczywistych analizę wyników wraz z oceną jakości rozwiązania. 95

96 Rys Ogólny schemat metody wyznaczania lokalizacji obiektów logistycznych Źródło: opracowanie własne. 96

97 Tab Zestawienie wybranych pozycji literaturowych poruszających tematykę projektowania sieci logistycznych oraz metod wyznaczania lokalizacji obiektów logistycznych L.p. Autorzy Rok Podejmowany temat Przeznaczenie 1. Kuehn, Hamburger [121] model lokalizacji przy uwzględnieniu minimalizacji liniowych kosztów z nieograniczoną pojemnością i możliwością przepływu - wykorzystanie metody heurystycznej oraz algorytmu bump and shift Lokalizacja obiektów logistycznych 2. Hakimi [74] 1964 algorytm wyznaczania absolutnego środka grafu Ogólnego zastosowania 3. Bergin, Eagan [24] 1964 analiza istotności kryteriów lokalizacji 4. Christofides, Viola [45] 1971 wieloobiektowy problem lokalizacyjny w grafie Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych 5. Richter [170] Christofides [46] Kryński, Badach [118] 1976 metoda optymalizacji liniowej lokalizacji obiektów logistycznych będąca modyfikacją zadania transportowego sformułowanie oraz algorytm zadania poszukiwania środka grafu zagadnienie lokalizacji zakładów produkcyjnych dla zaspokojenia zapotrzebowania klientów indywidualnych sformułowane jako zamknięte zadanie transportowe Lokalizacja obiektów logistycznych Ogólnego zastosowania Lokalizacja obiektów logistycznych 97

98 8. Francis, Lowe, Ratliff [64] Patel [158] 1979 procedura sekwencyjnej kolejności lokalizacji dla metod rozwiązania problemów lokalizacji przy zastosowaniu ograniczeń dotyczących zasięgu sformułowanie problemu pokrycia w postaci minimalizacji funkcji kosztów przewozu Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych 10. Moore, Revelle [142] 1982 metoda hierarchicznego pokrycia Ogólnego zastosowania 11. Moon, Chaudhry [141] Regulski [169] Watson-Gandy [204] Chung [48] O Kelly [154] O Kelly [155] 1987 przegląd dostępnych technik rozwiązywania problemów lokalizacji przy zastosowaniu ograniczeń dotyczących zasięgu maksymalizacja sumy walorów popytu oraz walorów zasobów minimalizacja sumy ważonych odległości pomiędzy obiektami logistycznymi i lokalizacjami klientów z zastrzeżeniem ograniczeń na odległość analiza możliwości stosowania metody maksymalnego pokrycia lokalizacji w różnych obszarach lokalizacja dwóch obiektów logistycznych na jednym poziomie sformułowanie programowania kwadratowego całkowitoliczbowego dla dyskretnego problemu lokalizacji obiektów modele heurystyczne projektowania sieci logistycznej Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych Ogólnego zastosowania 98

99 17. Neebe [148] Pirkul, Schilling [163] Campbell [42] Całczyński, Śleszyński [39], [40] Klincewicz [112] Daskin [54] Marczuk [131] Abt [12] 1998 procedura lokalizacji awaryjnych magazynów i usług na wszystkich możliwych dystansach z zastosowaniem programowania liniowego oraz metod heurystycznych metoda maksymalnego pokrycia lokalizacji z ograniczeniem na przepustowość obiektów logistycznych zastosowanie relaksacyjnej metody Lagrange'a zastosowanie zagadnienia poszukiwania środka grafu do projektowania sieci logistycznej dla dystrybucji przesyłek drobnicowych efektywność obsługi klienta z wielu obiektów model transportowo-produkcyjny lokalizacji obiektów logistycznych sformułowany jako zamknięte zadanie transportowe podejście metaheurystyczne do lokalizacji obiektów logistycznych dekompozycja problemu lokalizacyjno-rozwózkowego na podproblem lokalizacji obiektów oraz podproblem trasowania zadanie optymalizacyjne lokalizacji obiektów magazynowych przy założeniu możliwości częściowej obsługi odbiorców wyznaczanie lokalizacji magazynów zbożowych z zastosowaniem metody Forda-Fulkersona zastosowanie metody analizy skupień do rozwiązania problemu lokalizacji centrów logistycznych w Polsce Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych Ogólnego zastosowania Lokalizacja obiektów logistycznych Ogólnego zastosowania Ogólnego zastosowania Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych 99

100 25. Pfohl [160] 1998 dwuetapowa metoda lokalizacji obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych 26. Ronen [172] Korzeń [116] Mindur [139] 2000 model symulacyjny LSD sieci logistycznej z uwzględnieniem lokalizacji magazynów zadanie optymalizacyjne lokalizacji obiektów logistycznych z uwzględnieniem ograniczeń na pojemność magazynów opracowanie kryteriów lokalizacji centrów logistycznych zastosowanie punktowej metody analizy wielokryterialnej do problemu lokalizacji centrów logistycznych w Polsce Ogólnego zastosowania Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych 29. Nozick, Turnquist [152] 2001 rozwinięcie modelu Daskin a o analizę poziomu zapasów produktów w lokalizacjach obiektów logistycznych oraz o jednostkowe koszty utrzymania zapasów produktów Ogólnego zastosowania 30. Bowersox, Cross, Cooper [29] 2002 model symulacyjny Pipeline Manager do analizy przepływu materiałów w sieci logistycznej Ogólnego zastosowania 31. Budner [35] Jacyna M., Wasiak [87] 2003 dwuetapowa metoda lokalizacji obiektów logistycznych rozbudowany zestaw kryteriów lokalizacyjnych oraz ich podział na sztywne i elastyczne wielokryterialna ocena hierarchicznego systemu dystrybucji Lokalizacja obiektów logistycznych Ogólnego zastosowania 100

101 33. Wasiak [202] 2004 metoda wielokryterialnej oceny obsługi logistycznej rejonu w wieloszczeblowym systemie dystrybucji Ogólnego zastosowania 34. Krzyszkowski, Filipowicz [119] 2006 szacowanie odległości rzeczywistej w metodzie minimalizacji odległości liniowej poprzez uwzględnienie odległości liniowych oraz euklidesowych Lokalizacja obiektów logistycznych 35. Iwan [79] Ambroziak, Żak [14] Jacyna I. [83] Jacyna-Gołda, Izdebski, Szczepański [96] Jacyna-Gołda, Izdebski, Murawski [95] Źródło: opracowanie własne na podstawie [83]. opracowanie algorytmu genetycznego dla projektowania sieci dystrybucji model lokalizacyjno-rozwózkowy lokalizacji obiektów logistycznych opracowanie procedury projektowania sieci logistycznej dla przedsiębiorstw hierarchiczna struktura rozmieszczenia magazynów zastosowanie algorytmu genetycznego do wyznaczenia lokalizacji obiektów magazynowych w sieci logistycznej przedsiębiorstw produkcyjnych zastosowanie algorytmu mrówkowego do wyznaczenia przydziału pojazdów do zadań w przedsiębiorstwach produkcyjnych Ogólnego zastosowania Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych Lokalizacja obiektów logistycznych Ogólnego zastosowania 101

102 W związku z powyższym etapy procedury kształtowania organizacji intermodalnej sieci transportowej można przedstawić jak poniżej [97]. A. Identyfikacja problemu decyzyjnego. Polega na zbadaniu problemu decyzyjnego, rozpoznaniu sytuacji decyzyjnej oraz wskazaniu głównych problemów decyzyjnych. Na tym etapie ustalany jest kształt projektowanej organizacji intermodalnej sieci transportowej, tj. definiuje się nadawców, odbiorców, punkty przeładunkowe itp. Dodatkowo niezbędne jest zidentyfikowanie wymagań poszczególnych użytkowników sieci w zakresie rodzajów dostarczanych ładunków, wielkości dostaw, dostępnych technologii intermodalnych itp. B. Konstrukcja modelu matematycznego. Etap polegający na opracowaniu modelu matematycznego na podstawie przyjętych założeń projektowych ustalonych na etapie A. W tym kroku określany jest rodzaj zmiennych decyzyjnych, definiowane są ograniczenia oraz funkcje kryterium. Newralgiczne jest określenie kryteriów optymalizacyjnych na podstawie których podejmowane będą decyzje lokalizacyjne w zakresie terminali przeładunkowych. Wybór lokalizacji zależy od przyjętych kryteriów optymalizacji uwzględniających zarówno kryteria jakościowe jak i ilościowe. Na tym etapie istnieje możliwość zmiany założeń początkowych oraz ponownej modyfikacji zapisu formalnego modelu decyzyjnego organizacji intermodalnej sieci transportowej. Zmienne decyzyjne mogą przyjmować postać binarną, określając wybór danej lokalizacji dla terminala lub mogą określać wielkość strumienia przepływu surowca lub wyrobu gotowego między punktami sieci transportowej. C. Analiza oraz wybór metod i algorytmów do rozwiązania zdefiniowanego problemu Na tym etapie opracowywane są metody i algorytmy optymalizacyjne do rozwiązania problemu kształtowania organizacji intermodalnej sieci transportowej w zależności od przyjęte funkcji kryterium. Poprzez opracowanie algorytmów optymalizacyjnych rozumiana jest także ich wstępna konfiguracja, to jest określenie parametrów takich jak liczba iteracji algorytmu, czy wagi kryteriów cząstkowych. D. Opracowanie komputerowej implementacji wybranych metod i algorytmów. Polega na opracowaniu wspomagania komputerowego dla kształtowania organizacji intermodalnej sieci transportowej. Na tym etapie sprawdzana jest 102

103 poprawność działania zastosowanych metod i algorytmów oraz przeprowadzane są komputerowe eksperymenty obliczeniowe. W przypadku zidentyfikowania błędów istnieje możliwość modyfikacji wybranych algorytmów i ich ponownej implementacji. E. Przeprowadzenie weryfikacji metody na przykładzie danych rzeczywistych oraz analiza wyników. Wyznaczenie ostatecznej lokalizacji terminali intermodalnych przy uwzględnieniu założeń początkowych, ograniczeń oraz przyjętych funkcji kryterium dla konkretnych danych rzeczywistych. Mając na uwadze powyższe rozważania opracowano schemat procedury wyznaczania lokalizacji intermodalnych terminali przeładunkowych w sieci transportowej, który został przedstawiony na rys Rys Procedura wyznaczania lokalizacji intermodalnych terminali przeładunkowych w sieci transportowej Źródło: opracowanie własne. 103

104 5. MODEL ORGANIZACJI INTERMODALNEJ SIECI TRANSPORTOWEJ 5.1 Założenia ogólne Model organizacji intermodalnej sieci transportowej, będący przedmiotem rozważań w rozprawie, dotyczy rozmieszczenia terminali intermodalnych w sieci transportowej w taki sposób, aby określone zadania transportowe były zrealizowane w ustalonym czasie. Budowanie modelu intermodalnej sieci transportowej polega na uwzględnieniu tylko tych cech charakterystycznych systemu transportowego, które są istotne z punktu widzenia celu modelowania. Zakłada się, że budowany model organizacji intermodalnej sieci transportowej powinien spełniać oczekiwania dotyczące zgodności modelu z rzeczywistością oraz powinien być łatwy w użytkowaniu. W związku z tym w trakcie konieczne jest przyjęcie pewnych założeń wskazujących obszar funkcjonowania budowanego modelu [89]. Główne założenia modelu wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej są następujące [143], [144], [145]: a) realizacja zadania transportowego polegającego na przewiezieniu określonego wolumenu ładunków od nadawców do odbiorców jest kwestią nadrzędna, determinującą organizację systemu, b) ładunki mogą być przewożone z wykorzystaniem technologii transportu intermodalnego lub bez wykorzystania technologii transportu intermodalnego (bezpośrednio), c) w przypadku wykorzystania technologii transportu intermodalnego ładunki są przewożone od nadawcy do terminalu załadunkowego, gdzie następuje przeładunek na inny środek transportowy za pomocą którego realizowany jest główny przewóz na trasie do terminalu rozładunkowego, po zrealizowaniu przeładunku w terminalu rozładunkowym ładunek jest dostarczany do odbiorcy docelowego, d) istnieje możliwość jednoczesnego przewożenia ładunków z wykorzystaniem technologii transportu intermodalnego oraz bezpośrednio w tej samej relacji, e) istnieje możliwość korzystania z różnych technologii transportu intermodalnego, 104

105 f) w modelu możliwe jest uwzględnienie działających terminali intermodalnych lub potencjalnych terminali intermodalnych (w przypadku których ustalone są ich proponowane lokalizacje), g) w terminalach intermodalnych realizowane są jedynie prace przeładunkowe polegające na zmianie środka transportowego, ładunek pozostaje w tym samym naczyniu ładunkowym, h) jeżeli terminal nie obsługuje żadnej technologii transportu intermodalnego to jest potencjalnym terminalem intermodalnym, i) uruchomienie potencjalnego terminalu intermodalnego wiąże się z poniesieniem nakładów niezbędnych dla rozpoczęcia działalności terminalu, j) przystosowanie terminalu do obsługi nowej technologii transportu intermodalnego wiąże się z poniesieniem nakładów na jego rozbudowę w tym zakresie, k) terminal może zostać dostosowany do obsługi określonej technologii transportu intermodalnego tylko jeżeli jest to możliwe ze względów technicznych, l) eksploatacja terminalu intermodalnego wiąże się z ponoszeniem kosztów stałych oraz kosztów zmiennych (zależnych od liczby realizowanych przeładunków), m) wolumeny wszystkich ładunków są wyrażane w identycznych jednostkach. 5.2 Identyfikacja elementów modelu intermodalnej sieci transportowej Z analizy literatury [89], [90], [133] dotyczącej modelowania systemów transportowych wynika, że systemy transportowe charakteryzuje się przede wszystkim strukturą określoną przez powiązania między punktami nadania, przetwarzania (składowania czy magazynowania) oraz odbioru ładunków. W tym miejscu warto zauważyć, że w modelu rozłożenia potoku ruchu w sieci transportowej miejsca, w których ładunki są nadawane to punkty powstawania potoku ruchu, natomiast miejsca odbioru ładunków to punkty zanikania potoku ruchu. Opis systemu transportowego powinien także uwzględniać charakterystyki (np. techniczne, ekonomiczne oraz matematyczne) elementów struktury oraz potok ruchu, który wskazuje na sposób przemieszczania jednostek transportowych wewnątrz systemu transportowego. Ostatnim, niezwykle istotnym, elementem opisu systemu 105

106 transportowego jest sposób organizacji systemu określający jak wykorzystywane są elementy struktury podczas realizacji zadania transportowego. Jak wskazuje autor [89] przy konstruowaniu modelu systemu transportowego niezbędne jest odwzorowanie czterech ww. właściwości systemu, to jest: struktury, charakterystyk elementów struktury, potoku ruchu oraz organizacji wiążącej rozpatrywany potok ruchu z elementami struktury systemu transportowego. Zazwyczaj struktura oraz charakterystyki elementów systemu transportowego są odwzorowywane w postaci sieci w ujęciu teorii grafów. Biorąc pod uwagę powyższe oraz zgodnie z założeniami przyjętymi w podrozdziale 5.1 głównym celem organizacji intermodalnej sieci transportowej jest optymalne w sensie przyjętych kryteriów rozmieszczenie intermodalnych punktów przeładunkowych terminali intermodalnych. Aby było to możliwe niezbędne jest: zdefiniowanie wielkości zadań do realizacji wolumenu ładunków, które muszą zostać przewiezione pomiędzy nadawcami a odbiorcami w ramach rozpatrywanego systemu, ustalenie rodzajów dostępnych w systemie transportowym technologii transportu intermodalnego, zidentyfikowanie nadawców, którzy wysyłają ładunki, zidentyfikowanie odbiorców, do których wysyłane są ładunki, zidentyfikowanie potencjalnych terminali transportu intermodalnego, w przypadku których konieczne jest podjęcie decyzji co do opłacalności uruchomienia, ustalenie działających terminali transportu intermodalnego, w przypadku których konieczne jest podjęcie decyzji co do opłacalności dalszej eksploatacji, ustalenie kosztów jednostkowych przewozów ładunków we wszystkich relacjach, zarówno z wykorzystaniem transportu intermodalnego jak i bezpośrednio, ustalenie stałych kosztów eksploatacji terminali transportu intermodalnego, ustalenie zmiennych kosztów eksploatacji terminali transportu intermodalnego, ustalenie nakładów niezbędnych do uruchomienia potencjalnego terminalu, ustalenie nakładów niezbędnych do przystosowania terminalu do obsługi nowej technologii transportu intermodalnego, 106

107 ustalenie minimalnej zdolności przeładunkowej dla jakiej uruchomienie potencjalnego terminalu intermodalnego jest opłacalne, ustalenie zdolności przeładunkowej terminali z punktu widzenia obsługi określonej technologii transportu intermodalnego, ustalenie całkowitej zdolności przeładunkowej terminali intermodalnych, ustalenie istniejących możliwości obsługi poszczególnych technologii transportu intermodalnego w terminalach, ustalenie możliwości dostosowania terminali do obsługi nowych technologii transportu intermodalnego. Model przedstawiony w rozprawie oparty jest na podejściu do modelowania systemów transportowych prezentowanym w pracach [85], [89], [123]. Biorąc pod uwagę wcześniejsze ustalenia, model organizacji intermodalnej sieci transportowej dla danego systemu transportowego, definiowany będzie z wykorzystaniem następujących elementów: struktury przedstawiającej powiązania między zidentyfikowanymi terminalami dla realizacji przewozów intermodalnych, tj. terminalami nadania i odbioru ładunków (miejsca generujące powstawanie strumienia ładunków oraz jego zanik) dla przewozów intermodalnych, środków transportowych wraz z charakterystykami, stanowiących potencjał przewozowy transportu intermodalnego, technologii transportu intermodalnego typ (rodzaj) intermodalnej technologii przewozowej wykorzystywanej przewozu ładunków, charakterystyk elementów połączeń transportowych (charakterystyki określone na węzłach i połączeniach intermodalnej sieci transportowej), zadań przewozowych wynikających z wielkości zgłaszanych potrzeb przewozowych, tj. ładunków w punktach nadania terminalach nadania do przeznaczonych do punktu odbioru terminalu odbioru, organizacji rozumianej jako sposób przydziału środków transportowych (intermodalnego potencjału przewozowego) do realizacji przewozu ładunków w technologiach intermodalnych. Zakładając, że odwzorowanie struktury systemu intermodalnej sieci transportowej oznaczone jest symbolem, zbiór numerów typów środków transportowych symbolem, zbiór numerów technologii transportu intermodalnego symbolem, zbiór 107

108 charakterystyk na elementach struktury symbolem, wielkość zadań transportowych realizowanych przez intermodalny system transportowy symbolem, organizację intermodalnej sieci transportowej rozumianej jako sposób przydziału środków do zadań symbolem, model organizacji intermodalnej sieci transportowej można przedstawić jako uporządkowaną szóstkę postaci: gdzie: =,,,,, (5.1) struktura intermodalnego systemu transportowego, zbiór numerów typów środków transportowych przeznaczonych do realizacji zadań w intermodalnych technologiach przewozowych, zbiór numerów technologii transportu intermodalnego, zbiór charakterystyk opisanych na elementach struktury intermodalnej sieci, zadanie przewozowe (potok ruchu) zadane dla intermodalnego systemu transportowego, organizacja realizacji zadań przewozowych w intermodalnej sieci transportowej. 5.3 Opis struktury intermodalnej sieci transportowej Struktura intermodalnej sieci transportowej badanego obszaru będzie zapisana w postaci grafu postaci: gdzie: =, (5.2) zbiór numerów elementów intermodalnej sieci transportowej, zbiór połączeń występujących pomiędzy elementami intermodalnej sieci transportowej. Zgodnie z wcześniej podaną interpretacją (patrz pkt 5.2.) elementami struktury intermodalnej sieci transportowej będą następujące elementy: a) punkty nadania ładunków (punkty rozpoczęcia przewozu), b) punkty odbioru ładunków (punkty zakończenia przewozu), c) punkty przeładunkowe, tj. terminale transportu intermodalnego, wśród których można wyróżnić: już istniejące intermodalne punkty przeładunkowe, potencjalne lokalizacje intermodalnych punktów przeładunkowych, d) połączenia transportowe pomiędzy poszczególnymi punktami nadania, przeładunku i odbioru ładunków. 108

109 Dla potrzeb odwzorowania elementów struktury intermodalnej sieci transportowej przyjmuje się, że elementy sieci będą ponumerowane indeksem. W związku z tym zbiór numerów elementów intermodalnej sieci transportowej można zdefiniować następująco: = 1,2,,,,, (5.3) gdzie: liczebność zbioru. Ponieważ elementy intermodalnej sieci transportowej to nadawcy i odbiorcy ładunków oraz terminale transportu intermodalnego, to zbiór będzie sumą trzech zbiorów, tj.: = (5.4) gdzie: zbiór numerów nadawców ładunków, zbiór numerów terminali transportu intermodalnego, zbiór numerów odbiorców ładunków. Zbiory, oraz mogą zostały zdefiniowane w sposób opisany poniżej: zbiór numerów nadawców ładunków: = 1,2,,,, (5.5) gdzie: numer nadawcy, liczba nadawców; zbiór numerów terminali transportu intermodalnego: = 1,2,,h,, (5.6) gdzie: h numer terminalu transportu intermodalnego, liczba terminali transportu intermodalnego; zbiór numerów odbiorców ładunków: = 1,2,,,, (5.7) gdzie: numer odbiorcy, liczba odbiorców. Zbiory, oraz są zbiorami parami rozłącznymi co oznacza, że spełniają następujące warunki: 109

110 = = = = \ = \ = \ Założono, że podział węzłów intermodalnej sieci transportowej na zbiory, oraz jest wyczerpujący i rozłączny. Geograficznie punkty nadawców oraz odbiorców ładunków mogą się pokrywać, jednak różnią się one rolą jaką pełnią w intermodalnej sieci transportowej, a więc są różne. Struktura intermodalnej sieci transportowej stanowiącej przedmiot rozważań została przedstawiona na rys Warto zauważyć jest to sieć transportowa typu HHS, która została scharakteryzowana w podrozdziale 1.2. W sieci można wyróżnić połączenia: zwózkowe (punkt nadania terminal intermodalny), rozwózkowe (terminal intermodalny punkt odbioru), na głównej trasie (pomiędzy terminalami intermodalnymi), bezpośrednie (punkt nadania punkt odbioru). Źródło: opracowanie własne. Rys Struktura intermodalnej sieci transportowej 110

111 Transport intermodalny ładunków w systemie transportowym jest realizowany z wykorzystaniem połączeń transportowych, natomiast w punktach przeładunkowych odbywa się przeładunek ładunków w ramach wybranej technologii transportu intermodalnego. Dla potrzeb odwzorowania struktury intermodalnej sieci transportowej niezbędna jest również identyfikacja elementów liniowych sieci. Przyjęto, że możliwe są bezpośrednie połączenia transportowe między poszczególnymi elementami sieci, tj. połączenia występujące między: punktami nadania ładunków a terminalami przeładunkowymi, różnymi terminalami intermodalnymi, w których dokonywane są przekształcenia ładunków zmiana rodzaju środka transportu, terminalami transportu intermodalnymi, w których dokonywane są przekształcenia na ładunkach, a punktami odbioru ładunków, punktami nadania ładunków a punktami odbioru ładunków. Wszystkie bezpośrednie połączenia między elementami intermodalnej sieci transportowej zapisano zbiorem, który jest relacją określoną na iloczynie kartezjańskim: (5.8) W związku z tym połączenie (łuk), jest rozumiany jako przejście od węzła do węzła :, :, ; (5.9) Zbiór jest zbiorem połączeń transportowych, tj.: gdzie: (5.10) zbiór połączeń transportowych pomiędzy zbiorem nadawców a zbiorem terminali transportu intermodalnego, zbiór połączeń transportowych pomiędzy zbiorem różnych terminali transportu intermodalnego, zbiór połączeń transportowych pomiędzy zbiorem terminali transportu intermodalnego a zbiorem odbiorców, zbiór połączeń transportowych pomiędzy zbiorem nadawców a zbiorem odbiorców. Zbiory,, oraz są zbiorami parami rozłącznymi co oznacza, że spełniają następujące warunki: 111

112 \ \ \ \ 5.4 Parametryzacja elementów struktury intermodalnej sieci transportowej Na potrzeby wyznaczenia optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej rozróżniono technologie transportu intermodalnego. Jak wskazano we wzorze (5.1), zbiór stanowi zbiór numerów technologii transportu intermodalnego: gdzie: 1,2,,,, (5.11) numer technologii transportu intermodalnego, liczba technologii transportu intermodalnego. Zgodnie z założeniami przyjętymi w podrozdziale 5.1 na potrzebę budowy modelu organizacji intermodalnej sieci transportowej, niezbędne jest zdefiniowanie charakterystyk (parametrów) elementów struktury sieci. Dotyczy to zarówno elementów punktowych (zbiór ), jak i elementów liniowych (zbiór ). Zdefiniowanie charakterystyk pozwoli na określenie ograniczeń oraz kryteriów oceny jakości rozwiązania problemu organizacji intermodalnej sieci transportowej. Wśród charakterystyk, ze względu na analizowany problem istotne będą: parametry techniczne i ekonomiczne charakteryzujące intermodalne terminale przeładunkowe, np. dostosowanie do zmiany rodzaju środka transportu czy realizacji przewozu w danej technologii czy koszty uruchomienia technologii transportu intermodalnego w danym terminalu itp., parametry ekonomiczne charakteryzujące połączenia sieci transportowej, np. koszt przemieszczania między elementami sieci, parametry charakteryzujące zadania, tj.: wielkość zadań przewozowych skierowanych do realizacji w technologii intermodalnej. Biorąc pod uwagę powyższe rozważania przyjęto, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie postaci: 112

113 : 0 (5.12) przy czym wielkość 0 ma interpretację wielkości ładunków, które muszą zostać przetransportowane od -tego nadawcy do -tego odbiorcy. Założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 1 postaci: 1: (5.13) przy czym wielkość 1 ma interpretację kosztu jednostkowego przewozu ładunku od -tego nadawcy do -tego odbiorcy z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 2 postaci: 2: (5.14) przy czym wielkość 2 ma interpretację kosztu jednostkowego przewozu ładunku od h-tego do h -tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 3 postaci: 3: (5.15) przy czym wielkość 3 ma interpretację kosztu jednostkowego przewozu ładunku od h-tego terminalu do -tego odbiorcy z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 4 postaci: 4: (5.16) przy czym wielkość 4 ma interpretację kosztu jednostkowego przewozu ładunku od -tego nadawcy do -tego odbiorcy bezpośrednio. Dla zidentyfikowania stałych kosztów eksploatacji terminali transportu intermodalnych niezależnych od liczby obsłużonych jednostek ładunkowych przyjęto, że na zbiorze zadane jest odwzorowanie postaci: : (5.17) przy czym wielkość ma interpretację stałego kosztu eksploatacji h-tego terminalu transportu intermodalnego. 113

114 W celu opisania kosztów realizacji przeładunków w terminalach założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie postaci: : (5.18) przy czym wielkość ma interpretację kosztu realizacji przeładunku w h-tym terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Ponadto na zbiorze zadane jest odwzorowanie postaci: : 0 (5.19) przy czym wielkość 0 ma interpretację wartości nakładów niezbędnych do uruchomienia h-tego terminalu transportu intermodalnego. Dla istniejących terminali w przypadku których nie ma konieczności ponoszenia nakładów na ich uruchomienie 0. Przyjęto, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie postaci: : 0 (5.20) przy czym wielkość 0 ma interpretację wartości nakładów niezbędnych do uruchomienia obsługi -tej technologii transportu intermodalnego w h-tym terminalu. W przypadku gdy w terminalu istnieje już możliwość obsługi danej technologii i nie ma konieczności ponoszenia dodatkowych nakładów w tym zakresie 0. W związku z potrzebą określenia minimalnych zdolności przeładunkowych warunkujących możliwość uruchomienia terminali transportu intermodalnego założono, że na zbiorze zadane jest odwzorowanie postaci: : (5.21) przy czym wielkość ma interpretację minimalnej liczby jednostek ładunkowych jakie powinny zostać przeładowane w h-tym terminalu aby jego uruchomienie było opłacalne. W następnej kolejności założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie postaci: : 0 (5.22) przy czym wielkość 0 ma interpretację zdolności przeładunkowej h-tego terminalu ze względu na realizację przeładunków z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Jeżeli terminal nie możliwość obsługi przeładunków 114

115 z wykorzystaniem danej technologii i nie ma możliwości uruchomienia tej technologii w określonym punkcie przeładunkowym 0. W celu opisania całkowitych zdolności przeładunkowych terminali intermodalnych przyjęto, że na zbiorze zadane jest odwzorowanie postaci: : (5.23) przy czym wielkość ma interpretację maksymalnej liczby jednostek ładunkowych jakie mogą został przeładowane w h-tym terminalu transportu intermodalnego. Przyjęto, że w momencie przeprowadzania analizy mającej na celu wyznaczenie optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej terminale mogą już mieć możliwość obsługi określonych technologii transportu intermodalnego, dlatego konieczne było założenie, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie h postaci: h : ; (5.24) przy czym h 1 oznacza, że h-ty terminal ma możliwość obsługi -tej technologii transportu intermodalnego. W przeciwnym wypadku h 0. Ponadto, jeżeli dany terminal nie możliwości obsługi żadnej technologii transportu intermodalnego założono, że taki terminal nie istnieje i w związku z tym w przypadku uznania za zasadne jego funkcjonowania konieczne jest poniesienie dodatkowych nakładów związanych z uruchomieniem tego terminalu. Dodatkowo na etapie formułowania modelu matematycznego konieczne było zidentyfikowanie możliwości przystosowania terminali do obsługi określonych technologii transportu intermodalnego. W związku z tym przyjęto, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie h postaci: h : ; (5.25) przy czym h 1 oznacza, że ze względów technicznych możliwe jest przystosowanie h-tego terminalu do obsługi -tej technologii transportu intermodalnego. W przeciwnym wypadku h Zmienne decyzyjne problemu wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej Sformułowanie zadania optymalizacyjnego wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej wymaga określenia zmiennych decyzyjnych. 115

116 W związku z powyższym w przedmiotowym zadaniu optymalizacyjnym sformułowano cztery zmienne decyzyjne rzeczywiste oraz jedną zmienną decyzyjną binarną, których zapis formalny przedstawiono poniżej. Założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 1, które można opisać następująco: 1: 0 (5.26) przy czym zmienna decyzyjna 1 0 ma interpretację liczby ładunków przewożonych od -tego nadawcy do h-tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Zmienne 1 zostały zapisane w macierzy: 1 : 1 0 (5.27) Ponadto założono, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 2 postaci: 2: 0 (5.28) przy czym zmienna decyzyjna 2 0 ma interpretację liczby ładunków przewożonych od h-tego do h -tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Zmienne 2 zostały zapisane w macierzy: 2 : 2 0 (5.29) W następnej kolejności przyjęto, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 3 postaci: 3: 0 (5.30) przy czym zmienna decyzyjna 3 0 ma interpretację liczby ładunków przewożonych od h-tego terminalu do -tego odbiorcy z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego. Zmienne 3 zostały zapisane w macierzy: 3 : 3 0 (5.31) W trakcie rozważań założono także, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie 4 postaci: 4: 0 (5.32) przy czym zmienna decyzyjna 4 0 ma interpretację liczby ładunków przewożonych bezpośrednio od -tego nadawcy do -tego odbiorcy. Zmienne 4 zostały zapisane w macierzy: 4 : 4 0 (5.33) 116

117 Dodatkowo przyjęto, że na iloczynie kartezjańskim zadane jest odwzorowanie postaci: 5: 0;1 (5.34) przy czym 5 1 jeżeli h-ty terminal został przystosowany do obsługi -tej technologii transportu intermodalnego. W przeciwnym wypadku 5 0. Zmienne 5 zostały zapisane w macierzy: 5 : 5 0;1 (5.35) W tym miejscu warto zauważyć, że analiza funkcji 5 wskazuje czy należy uruchomić h-terminal intermodalny: 1 ż h ć h 5 0 ż h ć h (5.36) 5.6 Sformułowanie zadania optymalizacyjnego wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej W związku z rozpatrywanym problemem badawczym wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej sformułowano zadanie optymalizacyjne opierające się na złożeniach opisanych w podrozdziale 5.1. Celem rozwiązania przedmiotowego zadania optymalizacyjnego jest minimalizacja funkcji celu poprzez wyznaczenie odpowiednich wartości zmiennych decyzyjnych przy spełnieniu określonych ograniczeń. Poniżej przedstawiono sformułowanie zadania optymalizacyjnego wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej. Dla danych: 1,2,,,, zbiór numerów nadawców ładunków; 1,2,,h,, zbiór numerów terminali intermodalnych; 1,2,,,, zbiór numerów odbiorców ładunków; 1,2,,,, zbiór numerów technologii transportu intermodalnego; macierz określająca liczbę ładunków, które muszą zostać przetransportowane pomiędzy nadawcami a odbiorcami; 1 macierz określająca koszty jednostkowe przewozów ładunków pomiędzy nadawcami a terminalami 117

118 z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego; 2 macierz określająca koszty jednostkowe przewozów ładunków pomiędzy terminalami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego; 3 macierz określająca koszty jednostkowe przewozów ładunków pomiędzy terminalami a odbiorcami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego; 4 macierz określająca koszty jednostkowe bezpośrednich przewozów ładunków pomiędzy nadawcami a odbiorcami; wektor określający stałe koszty eksploatacji terminali; macierz określająca koszty realizacji przeładunków w terminalach z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego; wektor określający nakłady niezbędne do uruchomienia danego terminalu; macierz określająca nakłady niezbędne do uruchomienia obsługi określonej technologii transportu intermodalnego w terminalach; wektor określający minimalną liczbę ładunków jaka powinna zostać przeładowana w danym terminalu aby jego uruchomienie było opłacalne; macierz określająca zdolność przeładunkową terminali ze względu na realizację przeładunków z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego; wektor określający całkowitą zdolność przeładunkową terminali; h macierz określająca czy terminale zostały przystosowane do obsługi określonej technologii transportu intermodalnego; 118

119 h macierz określająca czy (ze względów technicznych) możliwe jest przystosowanie terminali do obsługi określonej technologii transportu intermodalnego. należy wyznaczyć wartość następujących zmiennych decyzyjnych: 1 : 1 0 określającej liczbę ładunków przewożonych między nadawcami a odbiorcami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego, 2 : 2 0 określającej liczbę ładunków przewożonych między różnymi terminalami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego, 3 : 3 0 określającej liczbę ładunków przewożonych pomiędzy terminalami a odbiorcami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego, 4 : 4 0 określającej liczbę ładunków 5 : 5 0;1 przewożonych bezpośrednio pomiędzy nadawcami a odbiorcami, określającej czy terminale zostały przystosowane do obsługi danej technologii transportu intermodalnego. w taki sposób, aby funkcja celu, o interpretacji całkowitych kosztów realizacji zadania transportowego, opisana równaniem: 119

120 ,,,, (5.37) 5 h 5 5 h osiągała wartość minimalną przy spełnieniu następujących ograniczeń: liczba ładunków przewożonych we wszystkich relacjach musi być nieujemna: h 1 0 (5.38) h h 2 0 (5.39) h 3 0 (5.40) 4 0 (5.41) liczba ładunków przywiezionych do h-tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii musi być równa liczbie ładunków wywiezionych z h-tego terminalu z wykorzystaniem -tej technologii: h 1 2 (5.42) h 2 3 (5.43) całkowita liczba ładunków wywożona od -tego nadawcy musi być taka jak zapotrzebowanie na wywóz od tego nadawcy: 1 4 (5.44) 120

121 całkowita liczba ładunków przywożona do -tego odbiorcy musi być taka jak zapotrzebowanie na dowóz do tego odbiorcy: 3 4 (5.45) ładunek nie może być przewożony przez h-ty terminal z wykorzystaniem -tej technologii transportu intermodalnego jeżeli wskazany terminal nie jest przystosowany do obsługi tej technologii: h 1 5 (5.46) h 3 5 (5.47) h-ty terminal przeładunkowy może obsługiwać przeładunki z wykorzystaniem -tej technologii jeżeli jest to możliwe ze względów technicznych: h h 5 (5.48) liczba ładunków przeładowywanych w h-tym terminalu z wykorzystaniem -tej technologii nie może być większa niż zdolność przeładunkowa wskazanego terminalu ze względu na wykorzystanie tej technologii: h 1 3 (5.49) sumaryczna liczba ładunków przeładowywanych w h-tym terminalu nie może być większa niż całkowita zdolność przeładunkowa h-tego terminalu: h 1 3 (5.50) sumaryczna liczba ładunków przeładowywanych w h-tym terminalu nie może być mniejsza niż minimalna liczba ładunków dla jakiej uruchomienie tego terminalu jest opłacalne: h 1 3 (5.51) 121

122 6. ALGORYTM METODY WYZNACZANIA ORGANIZACJI INTERMODALNEJ SIECI TRANSPORTOWEJ 6.1 Założenia ogólne metody Przedmiotowa procedura dotyczy wyznaczania organizacji intermodalnej sieci transportowej składającej się z: dostawców, odbiorców oraz terminali intermodalnych. Zadanie transportowe można zdefiniować jako przetransportowanie zamówionych ładunków od nadawców do odbiorców bezpośrednio lub przez terminale intermodalne. Organizacja intermodalnej sieci transportowej rozumiana jest jako: wyznaczenie punktów przeładunkowych biorących udział w procesie realizacji zadania transportowego, wyznaczenie wielkości strumieni ładunków wpływających i wypływających z danego terminalu intermodalnego, wyznaczenie technologii przewozu dla każdej relacji. Głównym celem modelowania organizacji intermodalnej sieci transportowej jest wyznaczenie trasy przepływu strumieni ładunków od nadawców do odbiorców przez terminale intermodalne. Trasa o której mowa powyżej powinna charakteryzować się minimalnym kosztem realizacji zadania transportowego. Proces decyzyjny organizacji intermodalnej sieci transportowej można przedstawić w postaci schematu blokowego jak na rys Celem omawianego procesu decyzyjnego jest poszukiwanie rozwiązań racjonalnych ze względu na różne wskaźniki oceny lokalizacji oraz uwarunkowania techniczno-organizacyjne, ekonomiczne czy technologiczne. W procedurze metody wyznaczania organizacji intermodalnej sieci transportowej można wyróżnić następujące fazy: fazę przygotowawczą, której celem jest określenie danych wejściowych potrzebnych do realizacji procesu decyzyjnego organizacji intermodalnej sieci transportowej. Wśród danych wejściowych można wyróżnić m.in. odległości między poszczególnymi punktami sieci transportowej, wolumen przesyłanych ładunków, koszty jednostkowe transportu w poszczególnych relacjach, nakłady na uruchomienie danego punktu przeładunkowego itp.; fazę optymalizacyjną, której celem jest wyznaczenie dopuszczalnego rozwiązania problemu lokalizacji intermodalnych punktów przeładunkowych w sieci transportowej. Do rozwiązania wspomnianego problemu badawczego 122

123 zastosowano algorytm optymalizacyjny oparty na algorytmie genetycznym. Algorytm genetyczny wyznacza rozwiązanie na podstawie sformułowanego modelu matematycznego organizacji intermodalnej sieci transportowej. Schemat procedury metody wyznaczania organizacji intermodalnej sieci transportowej został przedstawiony na rys Rys Schemat blokowy procesu decyzyjnego wyboru lokalizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej Źródło: opracowanie własne. Dzięki realizacji omawianej procedury możliwe jest wyznaczenie lokalizacji terminali przeładunkowych w zdefiniowanej sieci transportowej. Lokalizacja terminali intermodalnych jest wyznaczana w oparciu o przepływ ładunku pomiędzy obiektami sieci, zgodnie z przyjętym kryterium optymalizacyjnym jakim jest minimalny koszt realizacji zadania transportowego. Wyznaczone rozwiązanie musi spełniać ograniczenia określone w modelu matematycznym w zakresie realizacji wszystkich zaplanowanych przewozów oraz zdolności przeładunkowych poszczególnych terminali. Dodatkowo opracowana metoda umożliwia dobór optymalnej technologii przewozu ładunku oraz wyznaczenie technologii transportu intermodalnego jakie powinny zostać wdrożone w danym punkcie przeładunkowym. W metodzie założono, że określona jest lokalizacja (faktyczna lub planowana) wszystkich obiektów sieci transportowej oraz znane są odległości pomiędzy nimi. W procedurze uwzględniono 123

124 zarówno koszty przewozu uzależnione od wybranej technologii jak również nakłady niezbędne do uruchomienia terminalu oraz wdrożenia danej technologii transportu intermodalnego. Rys Procedura organizacji intermodalnej sieci transportowej Źródło: opracowanie własne. 6.2 Algorytm genetyczny fazy optymalizacyjnej Jak wspomniano w poprzednim podrozdziale algorytm wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej został oparty na algorytmie genetycznym. Algorytm genetyczny wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej został oznaczony w rozprawie jako A1. Najważniejsze etapy algorytmu organizacji intermodalnej sieci transportowej zostały przedstawione w tabeli 6.1. Konstruowanie algorytmu genetycznego jest procesem wieloetapowym, a losowość 124

125 w algorytmach tego typu jest uzyskiwana dzięki wykorzystaniu generatorów liczb pseudolosowych. Tab Etapy algorytmu organizacji intermodalnej sieci transportowej ETAP Działanie Opis 1 Określenie struktury danych wejściowych Budowa struktury macierzowej 2 Określenie funkcji przystosowania Funkcja kryterium/oceniająca 3 Populacja początkowa Algorytm losowy generowania populacji początkowej 4 Reprodukcja osobników Algorytm reprodukcji 5 Krzyżowanie Algorytm krzyżowania macierzowego 6 Mutacja Algorytm mutacji Źródło: opracowanie własne. W przypadku algorytmów genetycznych, etapy 1 oraz 2 są etapami jednorazowymi, zachodzącymi na początku procesu realizacji algorytmu, etapy 4, 5 i 6 powtarzane są określoną liczbę iteracji, natomiast etap 3 jest powtarzany jednorazowo przy danym uruchomieniu algorytmu kolejne zainicjowanie algorytmu genetycznego skutkuje wygenerowaniem nowej populacji początkowej. Do określenia numeracji zmiennych tablicowych zastosowano oznaczenia wynikające z zasady działania języka C++, w którym pierwszy wiersz macierzy jest wierszem o numerze 0. Konsekwencją tego faktu jest wprowadzenie zbiorów, w których pierwszy element jest także elementem o numerze zerowym. Schemat blokowy algorytmu genetycznego wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej ( A1 ) został przedstawiony na rys. 6.3.a. oraz 6.3.b. Poszczególne kroki algorytmu A1 zostały przedstawione w tabeli 6.2. Na potrzeby opisania zasady działania algorytmu wprowadzono następujące oznaczenia: zbiór numerów nadawców ładunków (patrz: rozdział 5), zbiór numerów terminali intermodalnych (patrz: rozdział 5), zbiór numerów odbiorców ładunków (patrz: rozdział 5), zbiór numerów technologii transportu intermodalnego (patrz: rozdział 5), 125

126 macierz określająca liczbę ładunków, które muszą zostać przetransportowane pomiędzy nadawcami a odbiorcami (patrz: rozdział 5), macierz określająca koszty jednostkowe przewozów ładunków pomiędzy nadawcami a terminalami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie 1,, (patrz: rozdział 5), macierz określająca koszty jednostkowe przewozów ładunków pomiędzy terminalami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie 2,, (patrz: rozdział 5), macierz określająca koszty jednostkowe przewozów ładunków pomiędzy terminalami a odbiorcami z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie 3,, (patrz: rozdział 5), macierz określająca koszty jednostkowe bezpośrednich przewozów ładunków pomiędzy nadawcami a odbiorcami, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie 4, (patrz: rozdział 5), wektor określający stałe koszty eksploatacji terminali, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie h (patrz: rozdział 5), macierz określająca koszty realizacji przeładunków w terminalach z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie h, (patrz: rozdział 5), wektor określający nakłady niezbędne do uruchomienia danego terminalu, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie h (patrz: rozdział 5), macierz określająca nakłady niezbędne do uruchomienia obsługi określonej technologii transportu intermodalnego w terminalach, na potrzeby implementacji algorytmu przyjęto oznaczenie h, (patrz: rozdział 5), wektor określający minimalną liczbę ładunków jaka powinna zostać przeładowana w danym terminalu aby jego uruchomienie było opłacalne (patrz: rozdział 5), macierz określająca zdolność przeładunkową terminali ze względu na realizację przeładunków z wykorzystaniem określonej technologii transportu intermodalnego (patrz: rozdział 5), wektor określający całkowitą zdolność przeładunkową terminali, wektor zdefiniowany w modelu matematycznym (patrz: rozdział 5), 126

127 macierz określająca czy terminale zostały przystosowane do obsługi określonej technologii transportu intermodalnego (patrz: rozdział 5), macierz określająca czy (ze względów technicznych) możliwe jest przystosowanie terminali do obsługi określonej technologii transportu intermodalnego (patrz: rozdział 5),, wartości funkcji kryterium dla poszczególnych struktur, zbiór numerów uruchomień algorytmu, algorytm generuje różne wyniki w każdym uruchomieniu, należy więc brać pod uwagę ostateczny wynik wygenerowany z różnych uruchomień algorytmu, zbiór jest definiowany jako: = 0,,,,, zbiór numerów iteracji algorytmu, zbiór jest definiowany jako: = 0,,,,, zbiór numerów struktur w populacji, zbiór jest definiowany jako: = 0,,,,, zbiór numerów wierszy w macierzach oraz (w zbiorze nie uwzględniono odbiorców jako ostatnich wierszy macierzy bo w sieci nie istnieje relacja: odbiorcy pozostałe obiekty), zbiór jest definiowany jako: = 0,,,, +, zbiór numerów kolumn macierzach oraz, zbiór jest definiowany jako: = 0,,,, +, zbiór numerów wierszy w macierzach oraz, zbiór jest definiowany jako: = 0,,,, +, początkowa struktura macierzowa w danym uruchomieniu, macierz definiowana jako: = h,,, macierz struktur po procesie mutacji, na podstawie których wyznacza jest minimalna struktura w danym uruchomieniu, na podstawie tej macierzy wyznaczane są funkcje przystosowania dla każdej struktury, macierz definiowana jako: = h,,, minimalna macierz w danym uruchomieniu, macierz definiowana jako: = h,,, ostateczna struktura macierzowa stanowiąca wynik działania algorytmu genetycznego, macierz definiowana jako: = h,, wartości struktur w pojedynczym uruchomieniu, macierz definiowana jako: =, minimalne wartości struktur w danym uruchomieniu, macierz definiowana jako: =, 127

128 całkowita liczba dostawców, punktów intermodalnych i odbiorców w sieci transportowej, wartość definiowana jako = + +, h _ minimalna wartość struktury w pojedynczym uruchomieniu algorytmu, h minimalna wartość struktury ze wszystkich uruchomień algorytmu, numer minimalnej wartość struktury spośród wszystkich uruchomień algorytmu, numer struktury o najmniejszej wartości w danym uruchomieniu. Tab Poszczególne kroki algorytmu A1 KROK 128 Opis 1 Pobranie danych wejściowych. 2 3 Wygenerowanie populacji początkowej. Populacja wyznaczana jest w sposób losowy. Selekcja. Wybór struktur o minimalnych wartościach, które zostaną wykorzystane do następnych iteracji algorytmu. 4 Krzyżowanie adekwatne do struktury macierzowej przetwarzanych danych. 5 Mutacja. 6 Wyznaczenie wartości każdej struktury zapisanej w macierzy. Zestawienie zbiorcze wszystkich wartości chromosomów w. 7 Wyznaczenie zmiennej h _ stanowiącej wartość minimalną z. 8 Wyznaczenie numeru struktury o najmniejszej wartości h _. 9 Wpisanie struktury o najmniejszej wartości funkcji kryterium do. Na podstawie zostanie wyznaczona minimalna struktura spośród wszystkich uruchomień algorytmu. 10 Przejście algorytmu do następnego uruchomienia. 11 Wyznaczenie wartości każdej struktury zapisanej w macierzy. Zestawienie zbiorcze wszystkich wartości chromosomów zostanie zapisane w macierzy. 12 Wyznaczenie wartości minimalnej z. 13 Wyznaczenie numeru struktury o najmniejszej wartości h. 14 Wyznaczenie ostatecznej struktury macierzowej spośrod wszystkich struktur w każdym uruchomieniu. Skopiowanie struktury o indeksie z do. Ostateczna struktura określa lokalizację temrinali w sieci transportowej oraz wolumen ładunków i technologię ich przewozu w poszczególnych relacjach. Źródło: opracowanie własne.

129 Źródło: opracowanie własne. Rys. 6.3.a. Schemat blokowy algorytmu A1 część 1 129

130 Źródło: opracowanie własne. Rys. 6.3.b. Schemat blokowy algorytmu A1 część 2 130

131 6.3 Algorytm wyznaczający wartość struktury macierzowej Algorytm wyznaczający wartość każdej struktury macierzowej, zgodnie z wzorem (5.37), został oznaczony w rozprawie jako A2. Algorytm jest integralną częścią algorytmu A1, w którym jest wykorzystywany do wyznaczania wartości struktur macierzowych w krokach nr 6 oraz 11. Dla przejrzystości algorytm A2 przedstawiono na oddzielnym schemacie blokowym na rys. rys. 6.4.a, 6.4.b. oraz 6.4.c. Na schemacie blokowym jako przykład zaprezentowano sposób wyznaczenia wartości pierwszej struktury macierzowej w macierzy. Analogicznie są wyznaczane wartości pozostałych struktur macierzowych w opisywanej procedurze. Poszczególne kroki algorytmu A2 zostały przedstawione w tabeli 6.3. Dodatkowe oznaczenia wykorzystywane w algorytmie A2 : całkowity koszt wynikający z transportu ładunku pomiędzy punktami sieci transportowej, całkowity koszt wynikający z prac przeładunkowych realizowanych w terminalach intermodalnych, całkowity koszt wynikający z eksploatacji istniejących terminali, całkowite nakłady wynikające z uruchomienia danego terminalu, nakłady niezbędne do wdrożenia danej technologii transportu intermodalnego w potencjalnych terminalach, nakłady niezbędne do wdrożenia danej technologii transportu intermodalnego w istniejących terminalach,,, funkcje pomocnicze do wyznaczenia wartości funkcji oraz, h wektor binarny klasyfikujący terminale intermodalne jako istniejące ( h 0 lub potencjalne ( h 1 ; 1 h, macierz binarna określająca czy h-ty terminal jest przystosowany do obsługi -tej technologii transportu intermodalnego; jeżeli h-ty terminal jest przystosowany do obsługi -tej technologii transportu intermodalnego to 1 h, =1, w przeciwnym wypadku 1 h, =0. 131

132 Tab Poszczególne kroki algorytmu A2 KROK Opis Wyznaczenie kosztów związanych z przewozem w relacji: nadawcy terminale intermodalne. Wyznaczenie kosztów związanych z przewozem pomiędzy terminalami intermodalnymi. Wyznaczenie kosztów związanych z przewozem w relacji: terminale intermodalne odbiorcy. Wyznaczenie kosztów związanych z przewozem bezpośrednim w relacji: nadawcy odbiorcy. Wyznaczenie kosztów prac przeładunkowych w relacji: nadawcy terminale intermodalne. Wyznaczenie kosztów prac przeładunkowych w relacji: terminale intermodalne odbiorcy. 7 Wyznaczenie kosztów związanych z eksploatacją istniejących terminali. 8 Wyznaczenie nakładów niezbędnych do uruchomienia terminali oraz nakładów niezbędnych do wdrożenia poszczególnych technologii transportu intermodalnego w terminalach. 9 Źródło: opracowanie własne. Wyznaczenie funkcji przystosowania dla pojedynczej struktury macierzowej. 132

133 Źródło: opracowanie własne. Rys. 6.4.a. Schemat blokowy algorytmu A2 część 1 133

134 Źródło: opracowanie własne. Rys. 6.4.b. Schemat blokowy algorytmu A2 część 2 134

135 Źródło: opracowanie własne. Rys. 6.4.c. Schemat blokowy algorytmu A2 część Algorytm wyznaczania populacji początkowej Struktura początkowa to macierz składająca się z trzech części. Pierwsza część macierzy opisuje przepływ strumieni ładunków pomiędzy poszczególnymi punktami sieci transportowej. Części nr 2 i 3 macierzy określają zastosowanie technologii transportu intermodalnego, przy czym wartość 1 oznacza wykorzystanie technologii intermodalnej w danej relacji, natomiast wartość 0 oznacza, że określona technologia intermodalna nie jest wykorzystywana w danej relacji. Przykładowa struktura macierzowa przetwarzana przez algorytm genetyczny została przedstawiona na rys

136 Rys Przykładowa struktura macierzowa przetwarzana przez algorytm genetyczny Źródło: opracowanie własne. Krok 1 Zerowanie macierzy. Pierwszym krokiem algorytmu wyznaczania populacji początkowej jest wypełnienie wszystkich komórek struktury macierzowej wartością 0. Graficzna interpretacja struktury macierzowej w kroku nr 1 została przedstawiona na rys Rys Przykładowa struktura macierzowa po zrealizowaniu kroku 1 Źródło: opracowanie własne. Krok 2. Losowe wyznaczenie wartości komórek określających przewozy ładunków od nadawców do terminali intermodalnych. W kolejnym kroku komórki określające wielkość przewozów od nadawców do terminali intermodalnych są wypełniane losowo. Wylosowane wartości muszą spełniać ograniczenia w zakresie: odbioru od nadawców wszystkich zaplanowanych ładunków, całkowitych zdolności przeładunkowych terminali, 136

137 zdolności przeładunkowych terminali ze względu na zastosowanie określonej technologii, minimalnych zdolności przeładunkowych dla których uruchomienie terminali jest opłacalne. Przy losowaniu wartości kolejnych komórek niezbędne jest uwzględnienie strumienia ładunków, który został wcześniej wyznaczony dla pozostałych komórek. Na tym etapie losowane są również technologie przewozu w poszczególnych relacjach. Jeżeli określona relacja jest obsługiwana przez daną technologię transportu intermodalnego to odpowiednia komórka jest wypełniana wartością 1. Graficzna interpretacja przykładowej struktury macierzowej z uzupełnionymi komórkami określającymi przewozy ładunków od nadawców do terminali intermodalnych została przedstawiona na rys Rys Przykładowa struktura macierzowa po zrealizowaniu kroku 2 Źródło: opracowanie własne. Krok 3. Losowe wyznaczenie wartości komórek określających przewozy ładunków pomiędzy terminalami intermodalnymi. W kolejnym kroku losowane są wartości przewozów ładunków pomiędzy terminalami intermodalnymi. Przy generowaniu losowych wartości macierzy konieczne jest uwzględnienie strumienia ładunków, który został skierowany do danego terminala w kroku 2. Ponadto konieczne jest uwzględnienie ograniczeń w zakresie: całkowitych zdolności przeładunkowych terminali, zdolności przeładunkowych terminali ze względu na zastosowanie określonej technologii, 137

138 minimalnych zdolności przeładunkowych dla których uruchomienie terminali jest opłacalne. Komórki macierzy określające relacje pomiędzy terminalami przybierają różne wartości, w zależności od liczby technologii obsługiwanej przez terminal dany terminal. Graficzna interpretacja przykładowej struktury macierzowej z uzupełnionymi komórkami określającymi przewozy ładunków pomiędzy terminalami intermodalnymi została przedstawiona na rys Rys Przykładowa struktura macierzowa po zrealizowaniu kroku 3 Źródło: opracowanie własne. Krok 4. Uzupełnienie wartości komórek określających przewozy ładunków z terminali intermodalnych do odbiorców. Następnie uzupełniane są wartości przewozów ładunków w relacji terminal intermodalny odbiorcy. Z danych dotyczących liczby ładunków na jakie oczekuje dany odbiorca oraz liczby ładunków jakie zostały skierowane do danego terminala w kroku 3 wyznaczana jest wartość minimalna, o którą zostaje uzupełniona komórka określająca liczbę ładunków przewożonych z danego terminalu intermodalnego do odbiorcy. Jak można zauważyć, w tym wypadku wartości są wyznaczane, a nie losowane, ponieważ w przeciwnym wypadku problematyczne byłoby spełnienie ograniczeń. Graficzna interpretacja przykładowej struktury macierzowej z uzupełnionymi komórkami określającymi przewozy ładunków z terminali intermodalnych do odbiorców została przedstawiona na rys

139 Rys Przykładowa struktura macierzowa po zrealizowaniu kroku 4 Źródło: opracowanie własne. Krok 5. Uzupełnienie wartości komórek określających bezpośrednie przewozy ładunków od nadawców do odbiorców. W przypadku braku możliwości dowiezienia wszystkich ładunków do odbiorców, zgodnie z określonym zapotrzebowaniem, w następnej kolejności rozważane są przewozy bezpośrednie w relacji nadawca odbiorca. Na tym etapie wyznaczana jest wartość minimalna z liczby ładunków dostępnych u danego nadawcy oraz zapotrzebowania odbiorcy. Wyznaczana wartość jest wstawiana do komórki określającej liczbę ładunków przewożonych od nadawcy do odbiorcy bezpośrednio. Każda zmiana w podmacierzy opisującej bezpośrednie przewozy ładunków musi mieć swoje odzwierciedlenie w liczbie ładunków u nadawcy oraz zapotrzebowaniu odbiorcy. W przypadku przewozów bezpośrednich nie jest realizowany proces losowania technologii intermodalnych, dlatego wszystkie komórki w odpowiedniej podmacierzy przyjmują wartość 0. Graficzna interpretacja przykładowej struktury macierzowej z uzupełnionymi komórkami określającymi bezpośrednie przewozy ładunków od nadawców do odbiorców została przedstawiona na rys Rys Przykładowa struktura macierzowa po zrealizowaniu kroku 5 Źródło: opracowanie własne. 139

140 Algorytm wyznaczania populacji początkowej został oznaczony w rozprawie jako A3. Schemat blokowy algorytmu A3 został przedstawiony na rys a. oraz 6.11.b. Poszczególne kroki algorytmu A3 zostały przedstawione w tabeli 6.4. Tab Poszczególne kroki algorytmu A3 KROK 140 Opis 1 Wypełnienie macierzy wartością Wylosowanie numeru technologii h dla każdej relacji nadawca terminal, rand funkcja generatora liczb pseudolosowych w języku programowania. Wyznaczenie minimalnej wartości spośród narzuconych ograniczeń. To zabezpieczenie gwarantuje wylosowanie poprawnej wartości ładunku przesyłanego od nadawców do terminali. Wylosowanie wielkości ładunku przesyłanego od nadawców do terminali intermodalnych. Wpisanie wartości do komórek zlokalizowanych w I części macierzy 5 dla relacji nadawcy terminale. W kolejnych częściach macierzy wpisywana jest wartość 1 w zależności od wylosowanej technologii intermodalnej dla danej relacji. Aktualizacja ograniczeń o wartość po każdym przejściu algorytmu do 6-7 kolejnych komórek macierzy. 8 Określenie liczby technologii obsługiwanych w danym terminalu. Wyznaczenie minimalnej wartości 1 spośród zadanych ograniczeń. 9 To zabezpieczenie gwarantuje wylosowanie poprawnej wartości ładunku przesyłanego pomiędzy terminalami. Wylosowanie wielkości ładunku przesyłanego pomiędzy terminalami oraz 10 technologii ich przewozu. 11 Uzupełnienie macierzy o wylosowane wartości w kroku Aktualizacja ograniczeń oraz liczby ładunków dostępnych w terminalach. 14 Wyznaczenie wartości minimalnej 2 z liczby ładunków dostępnych w terminalu oraz zapotrzebowania danego odbiorcy. 15 Wprowadzenie wielkości z kroku 14 do macierzy. 16 Aktualizacja liczby ładunków dostępnych w terminalach Aktualizacja zapotrzebowania odbiorców oraz liczby ładunków dostępnych u nadawców. Wyznaczenie minimalnej wartości z: zapotrzebowania odbiorcy oraz liczby ładunków dostępnych u nadawcy. Źródło: opracowanie własne. Wprowadzenie wielkości z kroku 18 do macierzy w zakresie relacji nadawca odbiorca. Aktualizacja zapotrzebowania odbiorców oraz liczby ładunków dostępnych u nadawców.

141 Źródło: opracowanie własne. Rys a. Schemat blokowy algorytmu A3 część 1 141

142 Źródło: opracowanie własne. Rys b. Schemat blokowy algorytmu A3 część 2 142

143 W związku z wysokim poziomem złożoności algorytmów selekcji, krzyżowania i mutacji zostały one przedstawione w kolejnych podrozdziałach w postaci uproszczonych schematów blokowych. 6.5 Selekcja Operacja reprodukcji (selekcji) polega na powieleniu struktur macierzowych zależnie od wartości funkcji przystosowania. Algorytm selekcji został oznaczony w rozprawie jako A4. Uproszczony schemat blokowy algorytmu A4 został przedstawiony na rys , natomiast poszczególne kroki algorytmu A4 zostały przedstawione w tabeli 6.5. W procesie selekcji zastosowano metodę ruletki opartą na wyborze nowej populacji zgodnie z rozkładem prawdopodobieństwa określonym na wartościach funkcji dopasowania. Zasada metody ruletki polega na wyznaczeniu prawdopodobieństwa wyboru pojedynczej struktury macierzowej z danej populacji, a następnie wyznaczeniu dystrybuanty dla każdej struktury. W następnej kolejności konieczne jest wylosowanie liczby z przedziału [0,1] oraz wyznaczenie -tej struktury macierzowej o wartości dystrybuanty, spełniającej zależność: < < (6.1) Stosowanie metody ruletki obarczone jest następującymi wadami: na początku działania algorytmu mogą występować ponadprzeciętne rozwiązania, które zdominują populację, co jest zjawiskiem niepożądanym i przyczynia się do przedwczesnej zbieżności algorytmu; pod koniec działania algorytmu, pomimo populacji zachowującej różnorodność, średni wskaźnik przystosowania może być bliski maksymalnemu, przez co osobniki przeciętne i najlepsze będą otrzymywać taką samą liczbę kopii w następnym pokoleniu. W celu uniknięcia wspomnianych wad należy uwzględnić przeskalowanie funkcji przystosowania, co zapobiega przedwczesnej zbieżności algorytmu do wartości najlepszych osobników w początkowych iteracjach algorytmu oraz wybieraniu średnio przystosowanych osobników w końcowych iteracjach. 143

144 Tab Poszczególne kroki algorytmu A4 KROK Opis Wyznaczenie rzeczywistej wartości każdej struktury macierzowej (patrz: algorytm A2 ). Wyznaczenie wartości każdej struktury macierzowej z uwzględnieniem współczynnika (patrz: wzór 6.7). Wyznaczenie wartości wszystkich struktur macierzowych (całej populacji) w pojedynczej iteracji. Wyznaczenie minimalnej wartości struktury macierzowej z całej populacji. Wyznaczenie maksymalnej wartości struktury macierzowej z całej populacji. 6 Wyznaczenie średniej wartości struktury macierzowej w populacji ś. 7 Sprawdzenie warunku na zajście procesu skalowania. W przypadku zbieżności każdego chromosomu w populacji do tej samej wartości skalowanie zostaje wyłączone. 8 Proces skalowania wyznaczenie współczynników i. 9 Korekta wartości chromosomów po skalowaniu. Chromosomy po skalowaniu mogą przyjmować wartości bliskie 0, lecz ujemne krok ten ma na celu zmodyfikować te wartości do Wartość całej populacji w pojedynczej iteracji po skalowaniu. 11 Wyznaczenie prawdopodobieństwa wylosowania struktury macierzowej. 12 Wyznaczenie dystrybuanty dla struktury macierzowej. 13 Wylosowanie liczb z przedziału [0,1] dla każdej struktury macierzowej w populacji. 14 Wyznaczenie numerów chromosomów wybranych do dalszych etapów algorytmu metodą ruletki. 15 Nowa populacja. Źródło: opracowanie własne. 144

145 W omawianym algorytmie zastosowano skalowanie liniowe przekształcające funkcję według zależności liniowej [68], [134]: gdzie: = + (6.2) Współczynniki funkcji skalującej przyjmują następujące wartości: współczynnik zwielokrotnienia, = 1 (6.3) = (6.4) średnia wartość populacji, maksymalna wartość populacji. W przypadku osiągnięcia wartości ujemnych przez funkcję przystosowania współczynniki przyjmują następującą postać: = (6.5) gdzie: patrz wzory (6.3) i (6.4), patrz wzory (6.3) i (6.4), = (6.6) minimalna wartość populacji. Przed zdefiniowaniem algorytmu selekcji należy określić funkcję przystosowania. Wzór minimalnego kosztu funkcji przystosowania dla -tej struktury macierzowej ma postać: = (6.7) gdzie: wielkość większa niż wartość kosztu przepływu materiałów w sieci, funkcja kryterium przyjęta w modelu dla n -tej struktury macierzowej. Maksymalizacja funkcji w konsekwencji jest procesem minimalizacji funkcji, co jest założonym celem optymalizacyjnym. 145

146 Źródło: opracowanie własne. Rys Uproszczony schemat blokowy algorytmu A4 146

147 6.6 Krzyżowanie Krzyżowanie polega na losowym doborze dwóch struktur macierzowych do krzyżowania. Parametrem krzyżowania jest określenie prawdopodobieństwa, ile osobników ulegnie skrzyżowaniu. Prawdopodobieństwo krzyżowania określone jest na początku algorytmu. Wyznaczone do krzyżowania losowo macierze są łączone w pary. W przypadku nieparzystej liczby macierzy należy dodać losowo wybraną macierz z populacji celem uzupełnienia kompletu do krzyżowania. Algorytm krzyżowania został oznaczony w rozprawie jako A5. W opisywanej metodzie zastosowano dwa rodzaje krzyżowania. Dla części struktury macierzowej określającej liczbę ładunków przewożonych pomiędzy poszczególnymi punktami sieci transportowej zdefiniowano operator krzyżowania, który jest adekwatny do przyjętej struktury. W celu przeprowadzenia procesu krzyżowania tworzy się dwie macierze pomocnicze: oraz. Macierz zawiera zaokrąglone średnie wartości z macierzy rodziców i, natomiast macierz zawiera informacje, czy było potrzebne zaokrąglenie. Zakładając, że wartości macierzy i (rodziców) w komórkach przyjmują, odpowiednio, oznaczenia oraz to wartości elementów macierzy oraz obliczane są z następujących zależności: 2 (6.8) 2 (6.9) Na podstawie macierzy oraz wyznaczane są nowe struktury macierzowe. Macierz jest macierzą zawierającą parzystą liczbę 1. Dodając pary wygenerowanych 1 do wartości z macierzy można stworzyć dwie odrębne struktury macierzowe. Graficzna prezentacja maceirzy została przedstawiona na rys a. (macierz ), 6.13.b. (macierz ), 6.14.a. (macierz ), 6.14.b. (macierz ), 6.15.a. (macierz potomna nr 1) oraz 6.15.b. (macierz potomna nr 2). 147

148 Rys a. Macierz M1 Źródło: opracowanie własne. Rys b. Macierz M2 Źródło: opracowanie własne. Źródło: opracowanie własne. Rys a. Macierz pomocnicza DIV Źródło: opracowanie własne. Rys b. Macierz pomocnicza REM 148

149 Źródło: opracowanie własne. Rys a. Macierz nr 1 stanowiąca rezultat krzyżowania Źródło: opracowanie własne. Rys b. Macierz nr 2 stanowiąca rezultat krzyżowania W przypadku krzyżowania struktury binarnej proces polega na wylosowaniu dwóch punktów do krzyżowania oraz wymianie podmacierzy pomiędzy strukturami macierzowymi, tak jak to zostało przedstawione na rys a. oraz 6.16.b. Uproszczony schemat blokowy algorytmu A5 został przedstawiony na rys. 6.17, natomiast poszczególne kroki algorytmu A5 omówiono w tabeli 6.6. Źródło: opracowanie własne. Rys a. Krzyżowanie struktury binarnej macierz M1 149

150 Źródło: opracowanie własne. Rys b. Krzyżowanie struktury binarnej macierz M2 Tab Poszczególne kroki algorytmu A5 KROK Opis 1 2 Wprowadzenie danych wejściowych z procesu selekcji. Określenie prawdopodobieństwa procesu krzyżowania. Wygenerowanie losowych liczb dla każdej struktury macierzowej oraz sprawdzenie warunku wyboru danej struktury do krzyżowania. Jeśli wylosowana liczba jest mniejsza niż prawdopodobieństwo krzyżowania to wtedy dana struktura podlega procesowi krzyżowania. 3 Wyznaczenie liczby struktur macierzowych do krzyżowania. 4 Wyznaczenie liczby potencjalnych struktur macierzowych do ewentualnego uzupełnienia w przypadku nieparzystości liczby struktur wylosowanych do krzyżowania. 5 Losowe wyznaczanie par struktur macierzowych. 6 Wyznaczenie macierzy oraz. 7 Proces krzyżowania. 8 Wygenerowana populacja. Źródło: opracowanie własne. 150

151 Źródło: opracowanie własne. Rys Uproszczony schemat blokowy algorytmu A5 6.7 Mutacja Mutacja jest wykorzystywana do poszerzania przestrzeni poszukiwań algorytmów genetycznych. Graficzna ilustracja procesu mutacji została przedstawiona na rys a. oraz 6.18.b. Algorytm mutacji został oznaczony w rozprawie jako A6, a jego 151

152 uproszczony schemat blokowy został przedstawiony na rys Poszczególne kroki algorytmu A6 zostały przedstawione w tabeli 6.7. W przedmiotowej metodzie zastosowano dwa rodzaje mutacji. Dla części struktury macierzowej dotyczącej przepływu ładunku między punkami sieci transportowej zdefiniowano operator mutacji który jest adekwatny do przyjętej struktury macierzowej. Zasada działania operatora mutacji polega na wylosowaniu liczby z przedziału: 2 oraz liczby z przedziału 2. Wspomniane liczby określają liczbę wierszy i kolumn podmacierzy o wymiarach, w której oznacza liczbę wierszy, a liczbę kolumn macierzy głównej. Wygenerowana macierz jest modyfikowana w taki sposób, aby suma wartości w kolumnach oraz wierszach nie uległa zmianie. W przypadku mutacji struktury binarnej proces polega na zamianie bitu 0 na 1 lub 1 na 0. Źródło: opracowanie własne. Rys a. Struktura macierzowa przed procesem mutacji Źródło: opracowanie własne. Rys b. Struktura macierzowa po procesie mutacji 152

153 Źródło: opracowanie własne. Rys Uproszczony schemat blokowy algorytmu A6 153

154 Tab Poszczególne kroki algorytmu A6 KROK Opis Wprowadzenie populacji po procesie krzyżowania. Określenie prawdopodobieństwa procesu mutacji. Wygenerowanie losowych liczb dla każdej struktury macierzowej oraz sprawdzenie warunku wyboru danej struktury do procesu mutacji, Jeśli wylosowana liczba jest mniejsza niż prawdopodobieństwo mutacji to dana struktura podlega procesowi mutacji. Wygenerowanie dwóch liczb oraz tworzących podmacierz podlegającą modyfikacji. Modyfikacja podmacierzy. Suma wartości w wierszach i kolumnach w trakcie modyfikacji nie może ulec zmianie. 5 Macierz będąca rezultatem algorytmu genetycznego Źródło: opracowanie własne. 154

155 7. IMPLEMENTACJA METODY WYBORU ORGANIZACJI INTERMODALNEJ SIECI TRANSPORTOWEJ 7.1 Ogólna charakterystyka aplikacji komputerowej Głównym zadaniem opisywanej aplikacji komputerowej IntermodalOpt jest wsparcie decydenta w procesie projektowania sieci transportowej w ramach której realizowane są przewozy intermodalne poprzez wyznaczenie optymalnej organizacji terminali intermodalnych w sieci transportowej. Aplikacja została zaimplementowana w języku C++ i działa poprawnie w środowisku Windows. Aplikacja komputerowa IntermodalOpt umożliwia: wskazanie lokalizacji terminali intermodalnych, których uruchomienie (ewentualnie dalsza eksploatacja) jest rekomendowana, wyznaczenie najważniejszych parametrów technicznych terminali intermodalnych, wyznaczenie optymalnego planu przewozów ładunków z wykorzystaniem transportu drogowego (przewozy bezpośrednie) oraz transportu intermodalnego, obliczenie całkowitego kosztu realizacji zadania transportowego, określenie technologii transportu w jakiej powinna być obsługiwana dana relacja. Wyżej wymienione funkcjonalności są realizowane przy uwzględnieniu minimalizacji funkcji kryterium o interpretacji całkowitych kosztów realizacji zadania transportowego. Wartość funkcji kryterium jest wyznaczana w oparciu o dane wejściowe, które są wprowadzane do programu poprzez bazę danych zapisaną w formacie xlsx. Format pliku z bazą danych został wybrany celowo, ze względu na jego powszechność użycia i uniwersalność. Program składa się z trzech modułów głównych moduł wejściowy wczytywania danych i sprawdzania ich poprawności, moduł obliczeniowy optymalizacyjny, moduł wyjściowy prezentacji wyników obliczeń, a także z modułu dodatkowego umożliwiającego tworzenie formularza bazy danych. Ogólny schemat blokowy aplikacji komputerowej IntermodalOpt został przedstawiony na rys Po włączeniu aplikacji widoczny jest ekran startowy, który przedstawiono na rys

156 Rys Ogólny schemat blokowy aplikacji komputerowej IntermodalOpt Źródło: opracowanie własne. 156

157 Menu główne opisywanego programu składa się z następujących przycisków: Baza danych zawiera dostęp do następujących funkcjonalności związanych z bazą danych: utworzenie nowej bazy danych, otworzenie istniejącej bazy danych lub podgląd otwartej bazy danych, Parametry umożliwia określenie parametrów optymalizacji, Wyniki umożliwia podgląd wyników obliczeń lub ich zapis do pliku xlsx, O programie wyświetla informacje dotyczące aplikacji, Zamknij program powoduje zamknięcie aplikacji. Rys Maska ekranu startowego aplikacji komputerowej IntermodalOpt Źródło: opracowanie własne na podstawie aplikacji IntermodalOpt. 7.2 Moduł wejściowy Moduł wejściowy umożliwia wczytanie danych z bazy danych zapisanej w pliku xlsx oraz sprawdzenie ich poprawności. Schemat blokowy modułu wejściowego aplikacji komputerowej IntermodalOpt został zaprezentowany na rys Po uruchomieniu aplikacji użytkownik powinien wybrać lokalizację z jakiej ma zostać wczytany plik xlsx z bazą danych. W przypadku wskazania pliku aplikacja rozpoczyna procedurę wczytywania bazy danych, która polega na zweryfikowaniu danych zawartych w pliku i zaimportowaniu ich do aplikacji. Weryfikacja danych wejściowych jest realizowana poprzez sprawdzenie m.in. wypełnienia wszystkich wymaganych pól, kompletności oraz formatu wszystkich danych. W przypadku, gdy 157

158 dane nie spełniają co najmniej jednego z weryfikowanych warunków aplikacja wyświetla komunikat ze wskazaniem błędu. W przypadku pozytywnego zakończenia weryfikacji bazy danych, aplikacja odczytuje dane dot. liczby nadawców/odbiorców, liczby terminali oraz liczby technologii transportu intermodalnego. Na tej podstawie w aplikacji tworzone są szablony tabel, do których następnie importowane są dane liczbowe. Struktura bazy danych została przedstawiona w tablicy 7.1. Po wczytaniu baza danych może być przeglądana poprzez aplikację (rys. 7.4.) lub z wykorzystaniem MS Excel (rys.7.5.). Źródło: opracowanie własne. Rys Schemat blokowy modułu wejściowego 158

159 Tab Struktura bazy danych ARKUSZE Dane podstawowe Nadawcy i odbiorcy Technologie intermodalne Terminale intermodalne cz. 1 Terminale intermodalne cz. 2 Wolumen ładunków Odległości Liczba nadawców/ odbiorców Oznaczenie Oznaczenie Oznaczenie Oznaczenie Liczba technologii Ulica Nazwa Ulica Typ Potok ładunków Odległość POLA Liczba terminali Miejscowość Miejscowość Zdolność przeładunkowa całkowita Koszt jednostkowy przewozu transportem kolejowym Koszt jednostkowy przewozu transportem samochodowym (intermodalnym) Koszt jednostkowy przewozu transportem samochodowym (bezpośrednim) Kod pocztowy Kod pocztowy Zdolność przeładunkowa ze względu na daną technologię Minimalna zdolność przeładunkowa Stały koszt eksploatacji Koszt przeładunku ze względu na technologię Nakłady na uruchomienie terminala Nakłady na uruchomienie technologii Źródło: opracowanie własne. 159

160 Rys Maska ekranu aplikacji IntermodalOpt w trakcie podglądu bazy danych Źródło: opracowanie własne na podstawie aplikacji IntermodalOpt. Źródło: opracowanie własne. Rys Podgląd bazy danych za pomocą MS Excel 7.3 Moduł obliczeniowy W module obliczeniowym został zaimplementowany algorytm metody wyznaczania optymalnej organizacji intermodalnej sieci transportowej opisany szczegółowo w rozdziale

161 W ramach modułu obliczeniowego użytkownik ma możliwość określenia następujących parametrów optymalizacji (rys. 7.6): - liczba iteracji algorytmu, - prawdopodobieństwo mutacji, - prawdopodobieństwo krzyżowania. Moduł obliczeniowy jest wywoływany poprzez kliknięcie przycisku OBLICZ. Po uruchomieniu modułu aplikacja realizuje kolejne iteracje algorytmu optymalizacyjnego do momentu osiągnięcia warunku zatrzymania. Rys Maska ekranu aplikacji IntermodalOpt w trakcie wyboru parametrów optymalizacji Źródło: opracowanie własne na podstawie aplikacji IntermodalOpt. 7.4 Moduł wyjściowy Za pomocą modułu wyjściowego realizowana jest prezentacja wyników obliczeń wykonanych w module optymalizacyjnym. Wyniki domyślnie są wyświetlane w aplikacji, natomiast użytkownik ma także możliwość wyeksportowania raportu wynikowego do pliku xlsx. Schemat blokowy modułu wyjściowego został przedstawiony na rys Wyniki obliczeń są wyświetlane w aplikacji komputerowej IntermodalOpt w postaci następujących zestawień: - zestawienie wyników dla poszczególnych terminali intermodalnych, 161

162 - zestawienie przewozów z wykorzystaniem poszczególnych technologii transportu intermodalnego, - zestawienie przewozów bezpośrednich, - zestawienie kosztów realizacji przewozów z wykorzystaniem poszczególnych technologii transportu intermodalnego, - zestawienie kosztów realizacji przewozów bezpośrednich, - zestawienie całkowitych kosztów realizacji przewozów. Źródło: opracowanie własne. Rys Schemat blokowy modułu wyjściowego 162

163 Przykład prezentacji wyników obliczeń w aplikacji komputerowej został przedstawiony na rys Analogiczne zestawienia mogą zostać również wyeksportowane w postaci raportu do pliku xlsx. Przykład prezentacji wyników obliczeń w raporcie został przedstawiony na rys Rys Maska ekranu aplikacji IntermodalOpt w trakcie prezentacji wyników obliczeń Źródło: opracowanie własne na podstawie aplikacji IntermodalOpt. Źródło: opracowanie własne. Rys Raport MS Excel zawierający wyniki obliczeń 163

164 8. PRAKTYCZNY PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA METODY 8.1 Dane wejściowe Na potrzeby studium przypadku przyjęto, że przedmiotem analizy będzie obszar Polski. Dla weryfikacji postawionej tezy badawczej przeanalizowano intermodalną sieć transportową składającą się z: - 20 punktów nadania/odbioru, - 4 istniejących terminali intermodalnych, - 1 potencjalnego terminalu intermodalnego, - połączeń transportowych. Punkty nadania/odbioru oraz terminale intermodalne zostały przedstawione na rys Rys Studium przypadku punkty sieci transportowej Źródło: opracowanie własne. W ramach analizy studium przypadku zostanie zbadana zasadność uruchomienia nowego terminalu intermodalnego w Medyce (oznaczonego jako H5P), którego potencjalna lokalizacja została wcześniej wyznaczona. Analiza zostanie 164

165 przeprowadzona w dwóch wariantach na podstawie prognozowanych danych dotyczących wielkości przewozów intermodalnych w Polsce w 2018 roku (wariant A) oraz w 2023 roku (wariant B). Przy uwzględnieniu obecnych trendów założono, że do 2023 roku rynek przewozów intermodalnych w Polsce wzrośnie o około 172% w porównaniu do roku Ze względu na poufność informacji otrzymanych od operatorów terminali dane zostały zmodyfikowane. Modyfikacja danych wejściowych nie wpłynęła na logikę realizowanych obliczeń. W tabeli 8.1. przedstawiono zestawienie punktów nadania/odbioru. W różnych relacjach przewozu ten sam punkt sieci transportowej może pełnić funkcję nadawcy lub odbiorcy. W tabelach 8.2.a. oraz 8.2.b. zaprezentowano zestawienie terminali intermodalnych będących przedmiotem analizy. Dla wszystkich terminali wskazano najważniejsze parametry niezbędne do rozwiązania zadania optymalizacyjnego. Tab Studium przypadku zestawienie punktów nadania/odbioru Oznaczenie nadawcy/odbiorcy Adres W Gdynia, ul. Kwiatkowskiego 60 W Wejherowo, ul. gen. W. Sikorskiego 98 W Elbląg, ul. Akacjowa 1A W Żukowo, ul. Armii Krajowej 21A W Wrocław, ul. I. Mościckiego 35 W Bielany Wrocławskie, ul. Świerkowa 8a W Legnica, ul. Ceglana 4 W Lubin, ul. Wójta Henryka 4 W Jelcz-Laskowice, ul. Inżynierska 10 W Gliwice, ul. Czesława 13 W Chorzów, ul. Metalowców 13 W Tychy, ul. Przemysłowa 58 W Mysłowice, ul. Fabryczna 7D W Bytom, ul. Kolonia Azotów 30 W Łowicz, ul. Tkaczew 7 W Łódź, ul. Pojezierska W Łódź, ul. Zakładowa 81 W Zgierz, ul. B. Limanowskiego 14 W Przemyśl, ul. S. Batorego 61B W Medyka, przejście graniczne Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 165

166 Tab. 8.2.a. Studium przypadku zestawienie terminali intermodalnych część 1 Oznaczenie terminalu H1 H2 H3 H4 H5P Adres Stan Gałęzie transportu Brzeg Dolny, ul. Sienkiewicza Gdynia, ul. Kwiatkowskiego Gliwice, ul. Portowa Kutno, ul. Intermodalna Medyka, Medyka 170 Istniejący Istniejący Istniejący Istniejący Potencjalny Kolejowy, drogowy Kolejowy, drogowy, żegluga morska Kolejowy, drogowy Kolejowy, drogowy Kolejowy, drogowy Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. Obsługiwane JŁTI Kontenery, nadwozia wymienne, naczepy siodłowe Kontenery, nadwozia wymienne, naczepy siodłowe Kontenery, nadwozia wymienne, naczepy siodłowe Kontenery, nadwozia wymienne, naczepy siodłowe Kontenery, nadwozia wymienne, naczepy siodłowe Tab. 8.2.b. Studium przypadku zestawienie terminali intermodalnych część 2 Oznaczenie Całkowita zdolność przeładunkowa [TEU/rok] Zdolność przeładunkowa ze wzgl. na kontenery [TEU/rok] Zdolność przeładunkowa ze wzgl. na nadwozia [TEU/rok] Zdolność przeładunkowa ze wzgl. na naczepy [TEU/rok] 166 Stałe koszty eksploatacji [zł/rok] Koszt przeładunku kontenera [zł/jłti] Koszt przeładunku nadwozia [zł/jłti] Koszt przeładunku naczepy [zł/jłti] H , H , H , H , H5P , Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt.

167 Koszty przewozów w poszczególnych relacjach są określane w oparciu o jednostkowe koszty transportu (różne w zależności od rodzaju realizowanej trasy) oraz macierz odległości. Przyjęto następujące koszty jednostkowe transportu: dla przewozów kolejowych pomiędzy terminalami intermodalnymi: 1,67 zł/km/ JŁTI, dla przewozów samochodowych od nadawcy do terminalu oraz od terminalu do odbiorcy: 4,50 zł/km, dla przewozów samochodowych w relacjach bezpośrednich od nadawcy do odbiorcy: 4,00 zł/km. Przykładowa macierz odległości dla terminali intermodalnych została przedstawiona w tabeli 8.3. W analogicznych macierzach określono odległości dla wszystkich połączeń w sieci transportowej. Tab Studium przypadku macierz odległości dla terminali intermodalnych Odległość [km] H1 H2 H3 H4 H5P H H H H H5P Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. W kolejnych tabelach przedstawiono prognozę liczby JŁTI, które zostaną przetransportowane w poszczególnych relacjach w roku 2018 (tabela 8.4.) oraz w roku 2023 (tabela 8.5.). W tabeli 8.6. przedstawiono nakłady, które należy ponieść w przypadku uruchomienia terminalu H5P oraz wdrożenia w nim obsługi poszczególnych technologii transportu intermodalnego. Ponadto określono minimalną zdolność przeładunkową dla której uruchomienie terminalu jest opłacalne. 167

168 Tab Studium przypadku prognoza liczby JŁTI [TEU], które zostaną przetransportowane w roku 2018 (Wariant A) Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 168

169 Tab Studium przypadku prognoza liczby JŁTI [TEU], które zostaną przetransportowane w roku 2023 (Wariant B) Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 169

170 Tab Studium przypadku parametry potencjalnego terminala H5P Parametr Nakłady na uruchomienie terminalu [zł] Nakłady na wdrożenie obsługi kontenerów [zł] Nakłady na wdrożenie obsługi nadwozi wymiennych [zł] Nakłady na wdrożenie obsługi naczep siodłowych [zł] Wartość Minimalna zdolność przeładunkowa [TEU/rok] Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 8.2 Wariant A Jak wspomniano wcześniej w wariancie A wykonano obliczenia w oparciu o prognozowane dane dotyczące wolumenu przewozów intermodalnych w Polsce w 2018 r. W tabelach 8.7.a. oraz 8.7.b. przedstawiono plan przewozów będących wynikiem obliczeń wykonanych z wykorzystaniem aplikacji komputerowej IntermodalOpt. Z obliczeń wynika, że opłacalna jest realizacja przewozów z wykorzystaniem kontenerów (plan przewozów został zaprezentowano w tabeli 8.7.a.) oraz przewozów bezpośrednich z pominięciem terminali intermodalnych (plan przewozów został zaprezentowano w tabeli 8.7.b.). W związku z powyższym, dla analizowanego wariantu, nie jest opłacalne uruchamianie przewozów intermodalnych z wykorzystaniem naczep siodłowych lub nadwozi wymiennych. Sieć transportowa dla wariantu A, w celu poprawy czytelności została przedstawiona na dwóch rysunkach. Na rys. 8.2.a. zaprezentowano strukturę sieci transportowej dla przewozów z wykorzystaniem kontenerów, natomiast na rys. 8.2.b. dla przewozów bezpośrednich. Z analizy otrzymanych wyników wynika, że w wariancie A zasadne jest uruchomienie potencjalnego terminala intermodalnego H5P w Medyce, który powinien zostać dostosowany wyłącznie do obsługi kontenerów. Ponadto wyniki obliczeń wskazują, że nie jest opłacalna dalsza eksploatacja istniejącego terminala intermodalnego H4 w Kutnie. 170

171 Tab. 8.7.a. Wariant A plan przewozów z wykorzystaniem kontenerów Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 171

172 Tab. 8.7.b. Wariant A plan przewozów bezpośrednich Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 172

173 Rys. 8.2.a. Wariant A struktura sieci transportowej dla przewozów z wykorzystaniem kontenerów Źródło: opracowanie własne. 173

174 Rys. 8.2.b. Wariant A struktura sieci transportowej dla przewozów bezpośrednich Źródło: opracowanie własne. 174

175 Na rys przedstawiono strukturę połączeń pomiędzy terminalami intermodalnymi w wariancie A wraz z wolumenem ładunków przewożonych w technologii kontenerowej. Jak można zauważyć najistotniejsze połączenia ze względu na liczbę przewożonych JŁTI będą stanowiły relacje Gdynia Brzeg Dolny, Gdynia Gliwice oraz Gdynia Medyka. Znaczna liczba JŁTI planowana jest do przewiezienia także z Brzegu Dolnego do Medyki. Rys Wariant A struktura połączeń pomiędzy terminalami intermodalnymi Źródło: opracowanie własne. Całkowity koszt realizacji zadania transportowego w wariancie A to ,12 zł. Jak wynika z wykresu przedstawionego na rys. 8.4., ,13 zł (około 68%) to koszty związane z transportem intermodalnym, do których należy zaliczyć koszty przewozów, koszty przeładunków oraz koszty związane 175

176 z eksploatacją i uruchomieniem terminali intermodalnych. Koszt realizacji przewozów bezpośrednich to ,99 zł (około 32%). Z kolei na rys zaprezentowano wykres obrazujący stopień wykorzystania zdolności przeładunkowych poszczególnych terminali intermodalnych. Jak można zauważyć, w przypadku terminala H1, liczba obsłużonych JŁTI będzie bliska całkowitej zdolności przeładunkowej. Rys Wariant A struktura kosztów realizacji zadania transportowego Źródło: opracowanie własne. Rys Wariant A poziom wykorzystania całkowitej zdolności przeładunkowej w poszczególnych terminalach intermodalnych Źródło: opracowanie własne. 176

177 8.3 Wariant B W wariancie B dane wejściowe stanowiła prognoza dotycząca wolumenu przewozów intermodalnych w Polsce w 2023 r. W tabelach 8.8.a., 8.8.b. oraz 8.8.c. zaprezentowano plan przewozów będących wynikiem obliczeń wykonanych z wykorzystaniem aplikacji komputerowej IntermodalOpt. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że dla analizowanych danych wejściowych opłacalna jest realizacja przewozów z wykorzystaniem kontenerów (plan przewozów został zaprezentowano w tabeli 8.8.a.), przewozów z wykorzystaniem naczep siodłowych (plan przewozów został zaprezentowano w tabeli 8.8.b.) oraz przewozów bezpośrednich z pominięciem terminali intermodalnych (plan przewozów został zaprezentowano w tabeli 8.8.c.). W wariancie B nie jest zasadne uruchomienie przewozów intermodalnych z wykorzystaniem nadwozi wymiennych. Sieć transportowa dla wariantu B została zaprezentowana na kolejnych trzech rysunkach, przy czym na rys. 8.6.a. została przedstawiona struktura sieci transportowej dla przewozów kontenerowych, na rys. 8.6.b. zaprezentowano strukturę sieci transportowej dla przewozów intermodalnych z wykorzystaniem naczep siodłowych, natomiast na rys. 8.6.c. przedstawiono strukturę sieci transportowej w przypadku przewozów bezpośrednich. W wariancie B zasadna jest dalsza eksploatacja czterech istniejących terminali H1, H2, H3 i H4, a ponadto opłacalne jest uruchomienie potencjalnego terminala intermodalnego H5P (w zakresie obsługi kontenerów i naczep siodłowych). Na rys przedstawiono strukturę połączeń pomiędzy terminalami intermodalnymi w wariancie B wraz z wolumenem ładunków przewożonych z wykorzystaniem kontenerów (oznaczenie K) oraz z wykorzystaniem naczep siodłowych (oznaczenie NS). W tym przypadku największe wolumeny ładunków są przewożone w relacjach Gdynia Kutno, Gdynia Gliwice, Gdynia Medyka oraz Brzeg Dolny Medyka. Całkowity koszt realizacji zadania transportowego w wariancie B to ,68 zł. Zgodnie z danymi przedstawionymi na rys koszty związane z transportem intermodalnym to ,00 zł (około 75%), natomiast koszty przewozów bezpośrednich to ,68 zł (około 25%) 177

178 Tab. 8.8.a. Wariant B plan przewozów z wykorzystaniem kontenerów Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 178

179 Tab. 8.8.b. Wariant B plan przewozów z wykorzystaniem naczep siodłowych Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 179

180 Tab. 8.8.c. Wariant B plan przewozów bezpośrednich Źródło: opracowanie własne na podstawie wydruku z programu IntermodalOpt. 180

181 Rys. 8.6.a. Wariant B struktura sieci transportowej dla przewozów z wykorzystaniem technologii kontenerowej Źródło: opracowanie własne. 181

182 Rys. 8.6.b. Wariant B struktura sieci transportowej dla przewozów z wykorzystaniem technologii naczep siodłowych Źródło: opracowanie własne. 182

183 Rys. 8.6.c. Wariant B struktura sieci transportowej dla przewozów bezpośrednich Źródło: opracowanie własne. 183

184 Rys Wariant B struktura połączeń pomiędzy terminalami intermodalnymi Źródło: opracowanie własne. Rys Wariant B struktura kosztów realizacji zadania transportowego Źródło: opracowanie własne. 184