PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 97 Transport 2013 Agata Kurek, Tomasz Ambroziak Politechnika Warszawa, Wydzia Transportu Zakad Logistyki i Systemów Transportowych KONCEPCJA ORGANIZACJI PRZEMIESZCZE KONTENERÓW NA SIECI KOLEJOWEJ W POLSCE. WYBRANE ASPEKTY OPTYMALIZACJI PROCESU PRZEMIESZCZE Rkopis dostarczono, maj 2013 Streszczenie: Artyku podejmuje problematyk kolejowego transportu kontenerowego w Polsce w kontekcie wybranych aspektów optymalizacji. W pierwszej czci scharakteryzowano w zarysie funkcjonowanie tego rodzaju transportu na rynku przewozów. Nastpnie przedstawiono podstawy organizacji procesu przemieszcze kontenerów i ukazano jego sabe strony w postaci problemu pustych przebiegów. Sowa kluczowe: kolejowy transport, optymalizacja, pusty przebieg 1. WPROWADZENIE Transport intermodalny naley do najlepiej rozwijajcych si w ostatnich latach sposobów przemieszczania towarów. Jest to bez wtpienia rynek ogromnych moliwoci, który w znacznej mierze bdzie decydowa o przyszoci i kierunkach rozwoju transportu. W dobie dbania o ekologi, oraz o szybko i terminowo dostarczenia przesyek, wykorzystywanie tylko jednej gazi transportu staje si niewystarczajce i nieekonomiczne. Transport intermodalny czy róne gazie transportu, przy zaoeniu, e przewóz odbywa si w jednej i tej samej jednostce adunkowej, zwanej Intermodaln Jednostk Transportow (UTI franc. Unite de Transport Intermodal) lub (ITU ang. Intermodal Transport Unit). W Polsce t jednostk prawie w 99% jest kontener [9] w transporcie midzynarodowym najczciej 40-stopowy (a 58% ogólnych przewozów) a wewntrz kraju 20-stopowy. Dlatego te przewozy intermodalne s obecnie niemale tosame z przewozami mi, cho pojcia te oczywicie nie s zamienne, a pojcie przewozów intermodalnych jest w stosunku do przewozów ch pojciem szerszym. Transport intermodalny z udziaem naczep oraz wymiennych nadwozi
312 Agata Kurek, Tomasz Ambroziak samochodowych stanowi nieco ponad 1% i dlatego w ujciu optymalizacji ten segment przewozów nie bdzie brany pod uwag. Intermodalny sposób przewozu towarów, niezalenie od rodzaju jednostki adunkowej pozwala wykorzysta najlepsze cechy rónych gazi transportu: adowno statków, bezpieczestwo i ekologi kolei, oraz moliwo dostarczenia adunku niemal w kade miejsce samochodami. Przyczynia si to do skrócenia czasu dostarczenia przesyki, zmniejsza koszty i, co nie mniej wane, jest przyjazne dla rodowiska. Rynek intermodalnych przewozów kolejowych w Polsce charakteryzuje si du dynamik rozwoju. Najwikszy wzrost, blisko 130%, odnotowano w latach 2004-2008 [9]. Fala kryzysu gospodarczego przypadajca na lata 2009/2010 przyczynia si do znacznego zahamowania tempa wzrostu przewozów, które zaczo przyspiesza dopiero w roku 2011. W 2012 roku przewieziono kolej ok. 639 tys. kontenerów, czyli ponad 30% wicej ni w roku 2011 i ponad 85% wicej ni w roku 2010 [9]. Pomimo tego od pocztku lat 90- tych przewozy intermodalne nie przekraczaj ok. 3,5% ogólnej masy adunków przewoonych na sieci PKP, podczas gdy w krajach Unii Europejskiej wahaj si w okolicach 15% [9]. Plasuje to Polsk na jednym z ostatnich miejsc w Europie. Naley przy tym zauway, e Polska jest jednym z najwikszych rynków kolejowych w krajach Unii Europejskiej. Zajmuje drugie miejsce pod wzgldem wolumenu przewozów i czwarte pod wzgldem wykonanej pracy przewozowej. Jednoczenie warto podkreli bardzo korzystne, strategiczne wrcz pooenie geograficzne Polski na mapie szlaków transportowych. Z jednej strony, stanowic wschodni granic Unii Europejskiej, moe realizowa poczenia tranzytowe wschódzachód, z drugiej poprzez porty morskie poredniczy w przewozach adunków pónocpoudnie. 2. ZARYS ORGANIZACJI PRZEWOZÓW KONTENEROWYCH NA SIECI PKP Transport w Polsce opiera si na dwóch rodzajach infrastruktury, liniowej i punktowej. Infrastruktura liniowa to sie pocze drogowo-kolejowych, infrastruktura punktowa to punkty przeadunkowe, a wic e intermodalne morskie i ldowe. W 2011 roku wykorzystywano czynnie 26 i ch [9]. 5 z nich to e morskie: Batycki Terminal Kontenerowy w Gdyni, Gdyski Terminal Kontenerowy, Gdaski Terminal Kontenerowy, Gbokowodny Terminal Kontenerowy w Gdasku, Port Szczecin. Pozostae punkty to e ldowe kolejowo-drogowe oraz wewntrzgaziowe (np. Maaszewicze). Najwikszymi operatorami logistycznymi zarzdzajcymi ami ldowymi s Cargosped, PCC Intermodal, Polzug, Spedcont. Wród przewoników kolejowych liderem jest PKP Cargo (72% udziau w rynku wg przewiezionych TEU za 2012 r.). Na kolejnych miejscach plasuj si Lotos Kolej (15,5%), DB Schenker (7%) oraz CTL Logistics (2,5%). Wród wszystkich i najwiksze znaczenie maj e morskie, Gdynia/Gdask (czny udzia w rynku ponad 30%) oraz kolejowo-drogowe w rodkowej i zachodniej czci Polski: Pozna, Warszawa,
Koncepcja organizacji przemieszcze kontenerów na sieci kolejowej w Polsce 313 Pruszków i ód. Wci podkrelana jest zbyt maa liczba i we wschodniej czci Polski, cho warto zauway, e rednia gsto w przeliczeniu na powierzchni wynosi 0,8 a na 10 tys. km 2, a wic nie odbiega znacznie od przyjtej w Europie normy 0,9/10 tys. km 2 [9]. Transport kontenerów w Polsce ma gównie charakter midzynarodowy, a dominujcy kierunek to wschód-zachód. Najpopularniejsze poczenie tworzymy wci z Niemcami. Z punktu widzenia organizacji przewozów, mona wyróni dwa sposoby przemieszania kontenerów: przewozy zwarte, przewozy wielogrupowe. Najefektywniejszym systemem zarówno pod wzgldem ekonomicznym jak i finansowym s przewozy odbywajce si w zwartych skadach pocigowych. Pocigi takie prowadzone zazwyczaj jedn lokomotyw trafiaj bezporednio od nadawcy do odbiorcy. Do tego rodzaju organizacji przewozów wliczaj si pocigi blokowe i wahadowe [8]. S one zestawiane bezporednio w u, a nastpnie z pominiciem operacji wykonywanych na stacjach manewrowych i rozrzdowych docieraj do odbiorcy. Pocigi wahadowe cechuje dodatkowo stay, niezmienny skad wagonów, w którym kursuj w obydwie strony, bez wzgldu na wykorzystanie zdolnoci przewozowej, nawet z prónymi kontenerami w skadzie. Ponadto przewonik kolejowy zapewnia jedynie obsug trakcyjn, natomiast za ca organizacj przewozu i obsug w u odpowiada spedytor, a wic bierze take na siebie cakowite ryzyko obcienia pocigu [7], [8]. Drugi rodzaj organizacji przewozów opiera si na pocigach wielogrupowych, czyli takich, które w swoich skadach maj wagony przeznaczone do rónych miejsc odbioru. Mog one przemieszcza si na zasadzie przewozów antenowych (rozbiórkowych) lub w ruchu rozproszonym. Pocigi antenowe realizuj przewóz w zwartych skadach, ale tylko do okrelonej stacji rozrzdowej [8]. Tam wagony s przegrupowywane i wczane w skady nowych pocigów. Najmniej efektywn form organizacji przewozów stanowi ruch rozproszony. Korzystaj z niej zwykle niewielkie e, obsugujce po kilkanacie jednostek adunkowych w danym kierunku. W takich przypadkach system bezporedni nie ma racji bytu, wymagaby bowiem uruchamiania ogromnej liczby pocigów, w skadach których znajdowaoby si zaledwie kilka wagonów. Przesyki te przemieszaj si zgodnie ze standardowym funkcjonowaniem sieci, a wic z operacjami rozrzdzania i przegrupowywania na stacjach porednich i wczane czsto w skady zwykych pocigów towarowych [8]. 3. WYBRANE ASPEKTY OPTYMALIZACJI PROCESU PRZEWOZOWEGO. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROBLEMU PUSTYCH PRZEBIEGÓW W KOLEJOWYM TRANSPORCIE KONTENERÓW Jednym z najistotniejszych problemów, z którym borykaj si niemal wszystkie firmy transportowo-spedycyjne s tzw. puste przebiegi, czyli pewne odcinki drogi, jakie
314 Agata Kurek, Tomasz Ambroziak okrelony rodek transportu musi pokona bez adunku. Z sytuacj tak mamy do czynienia zawsze, ilekro po rozadunku towaru, ponowny naadunek odbywa si w innym miejscu. Z oczywistych wzgldów powinno si dy do minimalizacji pustych przebiegów, jako nieekonomicznych i nieprzynoszcych przedsibiorstwom adnych zysków. W opinii ekspertów branowych brak zbilansowania przewozów kontenerów penych do pustych jest podstawowym mankamentem kolejowego transportu kontenerowego w Polsce [1]. Warto tym samym zwróci uwag na fakt, e w transporcie kolejowym problem pustych przebiegów wydaje si bardziej skomplikowany ni w transporcie samochodowym z racji tego, e mona go rozpatrywa w dwóch rónych aspektach, które w przypadku transportu samochodowego praktycznie nie zachodz. 1) Pusty przebieg jako przewóz wagonami prónych kontenerów pod zaadunek. 2) Pusty przebieg jako przewóz prónych platform pod zaadunek kontenerami. Pierwszy sposób jest niekorzystny w gównej mierze dla spedytorów, którzy zostaj obcieni kosztem transportu kontenerów, a nie odnotowuj z tego tytuu adnego przychodu. Drugi natomiast obcia przewonika, który zmuszony jest do uruchomienia pocigu na wasny koszt. Z punktu widzenia transportu intermodalnego najwiksze znaczenie ma pierwszy rodzaj pustych przebiegów, jako, e o transporcie intermodalnym mona mówi dopiero wtedy, gdy danym rodkiem transportu przewoona jest okrelona jednostka adunkowa (bez wzgldu na to, czy jest to jednostka próna, czy adowna), sam jednak wagon wysyany pod zaadunek nie jest traktowany jako transport intermodalny. O tym, jak istotny, z punktu widzenia optymalizacji kosztów, jest problem pustych przebiegów, moe wiadczy fakt, e w transporcie krajowym przewóz prónych kontenerów to ponad 70% (transport prónych kontenerów jest zdecydowanie taszy drog kolejow ni drogow), natomiast w transporcie midzynarodowym stosunek przewozów peny/pusty jest nieco korzystniejszy i wedug UTK utrzymuje si na poziomie 65/35 [9]. Struktura kolejowych przewozów ch zostaa przedstawiona na poniszym wykresie. Rys. 1. Struktura przewozów ch na sieci PKP (ródo: opracowanie wasne na podstawie raportu UTK)
Koncepcja organizacji przemieszcze kontenerów na sieci kolejowej w Polsce 315 Problem pustych przebiegów, wystpujcy gównie w transporcie krajowym, wynika z koniecznoci zbierania prónych kontenerów z i i przesyania ich do innych i pod zaadunek [5]. Mona to graficznie przedstawi w nastpujcy sposób. stacja porednia STACJA GÓWNA stacja porednia Rys. 2. Ogólny schemat procesu przewozu kontenerów (ródo: opracowanie wasne) Z wikszych i, dysponujcych du liczb prónych kontenerów do wysania, moliwe jest uruchomienie bezporednich pocigów zwartych. W pozostaych przypadkach kontenery zbierane s na rejonowych stacjach manewrowych i organizowane w skady pocigowe. Przesyanie kontenerów opiera si wówczas na typowej organizacji sieci kolejowej z a kontenerowego poprzez stacj manewrow i rozrzdow, jak na rysunku powyej. Próne kontenery mog by równie co jest sytuacj najbardziej podan wczane w skad adownego pocigu intermodalnego i wysyane do okrelonego a. Celem jest taka koncepcja organizacji przewozów, która przyczyni si do zminimalizowania pustych przebiegów, a co za tym idzie zmniejszy straty przedsibiorstwa przewozowego lub spedycyjnego wynikajce z koniecznoci uruchomienia skadu pocigu zoonego z prónych platform przeznaczonych pod zaadunek kontenerami lub z prónych kontenerów jadcych do a pod zaadunek. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z pustym przebiegiem z perspektywy przewonika. Mona w tej sytuacji przyj nastpujce zaoenia: istnieje n i ch, pomidzy którymi odbywa si wymiana kontenerów, e te tworz ukad zamknity, kady z i moe by zarówno odbiorc jak i dostawc, znane s odlegoci pomidzy ami, znana jest wielko przewozu aij pomidzy i-tym oraz j-tym em wyraona liczb kontenerów.
316 Agata Kurek, Tomasz Ambroziak Dla kadego z i ch mona okreli liczb wagonów niezbdnych do wywiezienia okrelonej liczby kontenerów, wyraon wzorem: n w i a ij j1 (1) oraz liczb wagonów niezbdnych do przywiezienia okrelonej liczby kontenerów wyraon wzorem: n p i a ij j1 (2) Wielkoci te s równe dla ogóu i: n j1 n p i w j1 i (3) Jednak w przypadku pojedynczego punktu wielkoci te zwykle nie s równe. Terminale, dla których zachodzi nierówno w i > p i naley potraktowa jako odbiorców prónych kontenerów, natomiast e, dla których zachodzi w i < p i naley potraktowa jako dostawców prónych kontenerów. W powyszym przypadku problem minimalizacji pustych przebiegów mona zatem w duym uproszczeniu sprowadzi do klasycznego zagadnienia transportowego. Zagadnienie to jest szczególnym przypadkiem ogólnego zadania programowania liniowego, do którego mona zastosowa algorytm simpleks. Naley jednak zwróci uwag, e rozwizanie uzyskane przy pomocy tej metody moe by nieefektywne [4], [6]. Skuteczniejsz metod rozwizywania modeli transportowych jest algorytm transportowy, który podobnie jak algorytm simpleks opiera si na procedurze iteracyjnej (pocztkowe rozwizanie dopuszczalne poprawia si w kolejnych iteracjach), ale uwzgldnia posta problemu przejawiajc si w specyficznej strukturze warunków ograniczajcych [4]. Rozwizanie tego zagadnienia nie obejmuje minimalizacji przemieszcze kontenerów, a jedynie problem pustych przebiegów wagonów. Jest to wic ujcie minimalizacji z punktu widzenia przewonika, o tyle jednak istotne, e obecnie coraz czciej przedsibiorstwa, wychodzc naprzeciw oczekiwaniom klientów i chcc zapewni jak najbardziej kompleksow usug, cz rol przewonika i operatora logistycznego. Taki model wprowadzia par lat temu chociaby spóka CTL Logistics. Na podobnych zasadach funkcjonuje równie grupa PKP Cargo Logistics. W drugim przypadku mamy do czynienia z problemem pustych przebiegów z perspektywy operatora logistycznego, a wic zarzdcy, a czasem waciciela kontenerów, którego celem jest przesanie z wykorzystaniem transportu kolejowego prónych kontenerów pod zaadunek z jednego a do drugiego najmniejszym moliwym kosztem. Sytuacj t mona graficznie przedstawi w poniszy sposób (rys. 3). Terminale a 1 a 3 to punkty dysponujce nadwykami kontenerów, penice w tym przypadku funkcj dostawców. Terminale b 1 b 4 to punkty zgaszajce zapotrzebowanie na próne kontenery, a wic odbiorcy, którzy bd zaopatrywani przez e a 1 a 3. Zadanie
Koncepcja organizacji przemieszcze kontenerów na sieci kolejowej w Polsce 317 transportowe w tym przypadku sprowadza si w pewnym uproszczeniu do opracowania takiego planu przewozu kontenerów, aby czny koszt transportu ze wszystkich punktów nadania (i a 1 a 3 ) do wszystkich punktów odbioru (i b 1 b 4 ) by jak najmniejszy, przy czym musi zosta speniony warunek, e wszystkie potrzeby odbiorców zostan zaspokojone. a 1 b 1 a 2 b 2 a 3 b 3 b 4 Rys. 3. Graficzne przedstawienie przemieszcze prónych kontenerów pomidzy ami (ródo: opracowanie wasne) Problem opisany w przypadku drugim mona caociowo przedstawi w nastpujcy sposób. Dostawcy (producenci towarów) o danych moliwociach produkcyjnych dostarczaj swój towar w okrelonych jednostkach adunkowych do odbiorców wg ich zapotrzebowa. Zapotrzebowanie odbiorców warunkuje liczb jednostek adunkowych przewoonych w okrelonych relacjach pomidzy ami a 1 a 3 a ami b 1 b 4. Sposób dostarczenia adunku w relacjach od dostawców do i oraz od i do odbiorców nie jest brany pod uwag, natomiast pomidzy ami a 1 a 3 a ami b 1 b 4 towar przesyany jest transportem kolejowym (rys. 4). TERMINALE TERMINALE DOSTAWCY 1 i I a 1 a 2 a 3 transport kolejowy b 1 b 2 b 3 b 4 ODBIORCY 1 2 j J Rys. 4. Graficzne przedstawienie przemieszcze prónych kontenerów pomidzy ami z uwzgldnieniem dostawców i odbiorców (ródo: opracowanie wasne)
318 Agata Kurek, Tomasz Ambroziak Po wyadunku towaru w miejscu odbioru, próne kontenery wracaj do i b 1 b 4. Kontenery te naley przesa do miejsc zapotrzebowa, czyli do dostawców, wspópracujcych z ami a 1 a 3 przy zaoeniu minimalizacji pustych przebiegów. Trzeba mie na uwadze, e w zagadnieniach praktycznych minimalizacja pustych przebiegów w kolejowym transporcie m jest problemem bardzo skomplikowanym i znacznie trudniejszym do rozwizania metodami optymalizacji liniowej. Wród wielu ogranicze naley uwzgldni m. in. nastpujce: Kontenery wystpuj w rónych rozmiarach. Trzeba zatem wzi pod uwag zapotrzebowanie odbiorców na konkretne rozmiary kontenerów. Kontenery maj rónych wacicieli. Wacicielem moe by operator logistyczny w Polsce lub spedytor zagraniczny. Nie zachodzi zatem sytuacja, w której wszystkie e mog by zarówno dostawcami jak i odbiorcami wszystkich kontenerów. Usugi transportowe wiadcz róni przewonicy kolejowi. Okreleni operatorzy logistyczni wspópracuj z okrelonymi przewonikami kolejowymi. 4. PODSUMOWANIE, WNIOSKI KOCOWE W niniejszym artykule podjto prób zarysowania problematyki dotyczcej kolejowego transportu kontenerowego w Polsce w ujciu wybranych aspektów optymalizacji. Jednym z gównych problemów transportowych s tzw. puste przebiegi, które zostay przedstawione z punktu widzenia przewonika i operatora logistycznego. Celem artykuu nie byo rozwizanie wymienionych problemów, a jedynie ich zdefiniowanie, które ma sta si niejako punktem wyjcia do dalszych bada naukowych. Celem tych bada ma by opracowanie koncepcji optymalizacji przemieszcze prónych kontenerów na sieci PKP, która pozwoli lepiej wykorzysta tabor oraz jednostki adunkowe. Usugi w zakresie kolejowych przewozów ch wiadczy obecnie w Polsce siedmiu licencjonowanych przewoników. Koncepcj optymalizacji przewozów naleaoby rozpatrywa dla kadego z nich oddzielnie, poniewa s to firmy konkurujce ze sob i z oczywistych wzgldów nie jest moliwe opracowanie jednego spójnego planu przewozowego dla wszystkich przewoników razem. Podobna sytuacja wystpuje w obszarze usug spedytorskich. Kady z operatorów logistycznych korzysta z okrelonych, najczciej wasnych i ch, wikszo z nich dysponuje równie wasnymi jednostkami adunkowymi. Powoduje to pewne ograniczenia w przesyaniu midzy ami prónych kontenerów, bowiem nie zawsze moliwa jest wspópraca pomidzy spedytorami. Dlatego te w dalszych badaniach autorka niniejszego artykuu bdzie posugiwaa si danymi przewozowymi PKP Cargo. To najwikszy przewonik na rynku przewozów ch w Polsce (72% udziau w rynku) wspópracujcy zarazem z najwiksz liczb i takich operatorów logistycznych jak Cargosped, Polzug i Spedcont.
Koncepcja organizacji przemieszcze kontenerów na sieci kolejowej w Polsce 319 Bibliografia 1. Antonowicz M.: Kolejowy transport towarowy, w: Euro Logistics. luty/ marzec 2013. 2. Jacyna M.[red.]: The logistics system of Poland and transport co-modality. OWPW, Warszawa 2011. 3. Jacyna M.: Wybrane zagadnienia modelowania systemów transportowych. OWPW, Warszawa 2009. 4. Kukua K. [red.]: Badania operacyjne w przykadach i zadaniach. PWN, Warszawa 1996. 5. Mindur L. Uwarunkowania rozwoju rynku transportu kombinowanego/intermodalnego w Polsce w latach 1993-2009. w: Raport: Tiry na tory, towary na kolej, ód 2010. 6. Siudak M.: Badania operacyjne. OWPW, Warszawa 1998. 7. Stokosa J.: Transport intermodalny, technologia i organizacja. Lublin 2011, s. 12-19. 8. winiarski S.: System przewozów intermodalnych, w: Raport: Tiry na tory, towary na kolej. ód 2010. 9. Urzd Transportu Kolejowego: Analiza rynku kolejowych przewozów intermodalnych. Warszawa 2012, s.13-31. CONCEPTUAL DESIGN OF CONTAINER MOVEMENT ORGANISATION IN THE RAIL NETWORK IN POLAND. SELECTED ASPECTS OF MOVEMENT PROCESS OPTIMISATION Summary: The article presents the issues of rail container transportation in Poland in the context of selected aspects of optimisation. The first part outlines the functioning of this type of transportation on the transport market. Then, the basis of the process of the containers movement organisation is presented and its weaknesses are shown such as a problem of empty runs. Keywords: rail container transportation, optimisation, empty run