Выбор модели взаимодействия элементов железнодорожной станции

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2007 р. Вип. № 17

УДК 656.212.2

Гусев Ю.В*.

ВЫБОР МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СТАНЦИИ

С целью повышения эффективности функционирования железнодорожных станций промышленных предприятий выполнен анализ существующих методов моделирования их работы. Предложена модель, позволяющая рассчитать продолжительность нахождения вагонов на станции и учитывающая техническое оснащение, технологию работы и характеристики входящих вагонопотоков.

Увеличение объемов перевозок на железнодорожном транспорте промышленных предприятий сопровождается усложнением условий функционирования [1]. Это связано с воздействием многих факторов и затрагивает все транспортные объекты и подразделения, но в наибольшей степени увеличилась нагрузка на сортировочные и районные станции, значительно возросла доля маневровой работы в переработке вагонопотоков. Эффективность работы станции промпредприятия, которая характеризуется продолжительностью комплекса операций по обработке вагонов, стабильно снижается. Основные факторы, от которых зависит среднее время нахождения вагонов на станции: техническое оснащение и организационная структура станции, технология и организация работы, объем поездной и маневровой работы, во многом зависящий от уровня неравномерности поступления вагонов и поездов.

Применяемые в настоящее время методы анализа ситуации, прогнозирования и нормирования продолжительности нахождения вагонов на станции не позволяют найти оптимальное решение в условиях жесткого ограничения по времени. В научных проработках по технологии и организации работы магистрального железнодорожного транспорта наметилось направление по поиску новых и совершенствованию имеющихся моделей функционирования станций, позволяющих повысить качество управления перевозками.

Используемые модели работы железнодорожных станций можно объединить в следующие группы: графические, табличные, аналитические и имитационные [2].

По графической модели (суточный план-график работы станции) подсчитываются все основные показатели работы станции: нормы простоя транзитных вагонов без переработки и с переработкой в общем и с расчленением по элементам, простоя местного вагона, в том числе приходящегося на одну грузовую операцию, коэффициент сдвоенных операций, коэффициенты использования маневровых локомотивов по времени и их производительность в вагонах, показатели надежности работы станции и основных элементов и т.д. В итоге получается набор показателей, характеризующий работу станции.

Недостатком этого метода является значительная трудоемкость подготовки исходной информации и особенно составления графической модели, так как исследованиями доказана необходимость моделирования работы станции не менее 10-15 суток.

Значительно уменьшена трудоемкость расчетов при табличном моделировании, однако это достигается в ущерб точности расчетов.

Целью исследования является формирование модели, позволяющей адекватно отражать функционирование станции промпредприятий для прогнозирования показателей ее работы.

Аналитические методы расчетов простоя вагонов на станции строятся по двум основным направлениям. Первое - на основе использования математического аппарата теории массового обслуживания и второе - с использованием аналитическо-статистических зависимостей. Следует отметить, что в связи со сложностью технологических линий и значительным числом

* ПГТУ, канд. техн. наук, доцент.

фаз обслуживания табличные и аналитические методы применяются для определения времени нахождения вагонов в каждой отдельной подсистеме станции и не учитывают влияния подсистем друг на друга. Поскольку отдельные парки и станция в целом тесно взаимодействуют в своей работе с прилегающими участками и друг с другом, то необходимо выполнение исследований взаимодействия станционных процессов и установление зависимостей между основными технологическими параметрами и наиболее выгодных соотношений между ними, выявление мер по сокращению межоперационных простоев.

Классические методы строгой оптимизации могут опираться только на формализованные знания. Но они слишком абстрактны, не являются полными, ибо опираются лишь на малую часть знаний об объекте. Существует класс имитационных моделей, которые могут работать с частично формализованными знаниями. Сведения об объекте кодируются некоторым образом для ввода в компьютер и, затем, воспроизводится (имитируется) технологический процесс, максимально приближенный к реальности, но в ускоренном времени. При этом подсчитываются показатели работы. Имитационные модели значительно богаче, однако из-за необходимости проведения ряда трудоемких экспериментов трудно найти оптимум (строго говоря, невозможно) [3].

Исходя из результатов исследований для магистрального транспорта, решение непростой задачи выбора алгоритма моделирования достигается сочетанием аналитических и имитационных моделей.

Как показали исследования, проведенные на металлургических предприятиях, наиболее простой моделью функционирования станции и прилегающих участков является сеть, состоящая из нескольких систем массового обслуживания. Некоторые из станционных операций могут выполняться параллельно специализированными устройствами (работа в парке отправления двух специализированных бригад, каждая из которых обрабатывает соответственно только четные и только нечетные поезда; работа на вытяжных путях двух и более маневровых локомотивов, каждый из которых формирует составы поездов на определенной группе сортировочных путей). В связи с этим, сеть систем в зависимости от схемы станции и принятой технологии ее работы может включать ряд параллельных систем обслуживания. Конфигурация сети и состав ее систем должны, следовательно, рассматриваться применительно к конкретным схемам станций с учетом особенностей их работы.

Таким образом, прилегающие участки и станция представляют собой совокупность взаимозависимых систем массового обслуживания, в которой выходящий поток из одной системы является входящим для последующей. Например, выходящий поток составов поездов после технического осмотра в парке приема является входящим потоком для системы расформирования. Если технические параметры или технология работы какой-либо системы меняются, то это оказывает влияние и на работу других систем. Следует учесть также технологическую связь между отдельными системами станции: например, увеличение мощности горки на сортировочной станции может потребовать перераспределения работы между горкой и вытяжками формирования и повлиять на потребное число маневровых локомотивов.

При выборе оптимальных параметров технического оснащения и технологии работы станции необходимо рассматривать всю станцию в целом, то есть должен соблюдаться системный подход к решению задачи.

Укрупненная модель станции с линейной технологией работы имеет следующий вид

М = {РЦ},

где Ру - множество технологических последовательностей локальных процессов по обработке вагонов, составов, информации и документов;

1 - номер технологической последовательности, реализующей одну из функций станции; j - номер процесса в технологической последовательности.

На выполнение операций в каждом из процессов требуются различного рода ресурсы: путевая схема (число путей в парках, вытяжки, съезды), локомотивы, бригады ПТО и ПКО, диспетчерский и оперативный персонал. Заведомо избыточные ресурсы при анализе работы станции могут не учитываться. Перечень дефицитных ресурсов (г^) устанавливается на стадии предварительного анализа работы станции.

Каждый из процессов характеризуется набором исходных параметров: входящий поток (^у - функция плотности распределения), поток обслуживания (£,у), задействованный ресурс (Гу). Модель отдельного процесса (Рм) представленная как система массового обслуживания позволяет получить результирующие параметры: продолжительность процесса выходящий поток (^у). Общая продолжительность выполнения ¡-й технологической последовательности операций составит

]

В качестве исходных данных для моделирования продолжительности нахождения вагонов на станции (Т,). достаточно задать функции длительностей обслуживания (1>:1||) и начальную функцию первой операции процесса ^п. Начальные функции остальных операций можно получить из соотношения = ^у.ь если известен функционал \|/ перехода ^у = \|/(^у). При простейшем входящем потоке задача упрощается, поскольку появляется возможность применения известных аналитических зависимостей теории массового обслуживания. Более полное использование модели возможно при проведении дополнительных исследованиях и математическом описании отдельных операций процессов обработки вагонопотоков на станции.

Поскольку в настоящее время на металлургических предприятиях ж.-д. транспорт работает во все более сложных условиях и не всегда обеспечивает оптимальный ритм производства и отгрузки продукции, возникла острая необходимость обновления технических средств транспорта и реконструкции путевого развития станций, предлагаемый принцип моделирования работы станций позволяет выявить узкие места технологии перевозочного процесса и количественно оценить варианты развития транспорта и его инфраструктуры.

Выводы

1. Отсутствие методики расчета плановой продолжительности простоя вагонов на сортировочных и районных станциях предприятий не позволяет прогнозировать этот показатель и оценивать влияние на него нововведений технического, технологического и организационного характера.

2. Наиболее перспективным является моделирование процессов функционирования станций как сети, состоящей из систем массового обслуживания. Такой подход позволяет рассмотреть работу станции во взаимодействии всех составляющих ее элементов.

3. По сравнению с магистральными дорогами, функции станций на промтранспорте значительно сложнее и многообразнее. Применение разработанных методов анализа их работы невозможно без математического описания функционирования отдельных элементов технологии обработки вагонопотоков и сопутствующей информации, с последующим моделированием и обобщением в функциональные зависимости.

Перечень ссылок

1. Гусев Ю.В. К вопросу оптимизации распределения вагонопотоков на предприятии / Ю.В. Гусев II Вюник СНУ ¡м. Володимира Даля. - Луганськ, 2004. - Вип.7(77) (Частина 2). -С. 112- 116.

2. Кочнев Ф.П. Управление эксплуатационной работой железных дорог / Ф.П. Кочнев, И.Б. Сотников. - М.: Транспорт, 1990. - 424 с.

3. Козлов П.Н. От информационных систем к управляющим / П.Н.Козлов // Железнодорожный транспорт. - 1999. - № 9. - С. 26 - 29.

Рецензент: В.Э.Парунакян д-р техн.наук, проф., ПГТУ

Статья поступила 15.03.2007