Содержание к диссертации
Введение
1. Организация грузовых работ на армянской железной дороге 8
1.1. Роль железной дороги в процессе экоиомического развития Республики Армения 8
1.1.1. История строительства Армянской железной дороги ,„ 8
1.1.2. Армянская железная дорога на современном этапе 13
1.1.3. Совершенствование управления железной дороги 19
1.2. Грузовые перевозки на железной дороге. Армении 23
1.2.1. Анализ грузоперевозок за последние годы 23
1.2.2. Организация грузоперевозок :...30
1.2.3. Маршрутизация при поездообразовании грузовых перевозок 36
1.3. Актуальность автоматизации оперативных работ при поездообразовании на стыковой станции Айрум 44
1.3.1. Роль стыковой станции Айрум в железнодорожных перевозках Армении 44
1.3.2. Организация оперативных работ на станции Айрум 48
1.3.3. Автоматизация станционных работ как фактор повышения эффективности организации поездообразования 51
2. Моделирование процесса поездообразования на стыковой станции с нетиповой дорожной инфраструктурой 54
2.1. Автоматизированные системы управления на железных дорогах 54
2.1.1. Автоматизация управления перевозками на железных дорогах ,54
2.1.2. Интеграция автоматизированных систем оперативного управления перевозками стран СНГ 62
2.1.3. Оптимизация процесса поездообразования, как одной из основных направления повышения эффективности станционных работ на межгосударственных стыках 71
2.2. Моделирование процесса поездообразования с учетом маршрутизации 75
2.2.1. Постановка задачи по моделированию 75
2.2.2. Модель определения состава грузового поезда 78
2.2.3. Модель маневровых работ 85
2.3. Автоматизация процесса принятия решений при поездообразовании.. 92
2.3.1. Информационно-управляющие системы перевозочного процесса... 92
2.3.2. Моделирование процесса поддержки принятия решений при поездообразовании 95
2.3.3. Автоматизация процесса принятия решения в едином комплексе системы управления поездообразования 102
3. Применение модели в рамках функционирования АСОУП 104
3.1. Опытная эксплуатация модели на примере данных стыковой станции Айрум 104
3.1.1. Описание программного обеспечения модели 116
3.1.2.Краткое описание локальной информационной базы модели 106
3.1.3. Анализ результатов опытной эксплуатации 120
3.2. Расчет экономической эффективности на основе данных эксплуатации модели программного комплекса 125
Заключение 133
Литература 135
- Роль железной дороги в процессе экоиомического развития Республики Армения
- Маршрутизация при поездообразовании грузовых перевозок
- Автоматизированные системы управления на железных дорогах
- Опытная эксплуатация модели на примере данных стыковой станции Айрум
Введение к работе
<Щ Развитая транспортная сеть — один из важнейших факторов стабильного развития и роста уровня национальной экономики. Она имеет большое стратегическое значение в общем комплексе жизнедеятельности страны.
Одной из составляющих транспортной системы является железная дорога. Ее преимущество - способность обеспечить, перевозку грузов в большом объеме и количестве, при относительно низких затратах и стоимости. Так железной дорогой Армении был обеспечен ввоз и вывоз всего объема зерна, энергоносителей и крупно-объемного груза стратегического назначения. Эффективная работа железнодорожного транспорта требует определенной квалификации работников системы, безопасности движения поездов, постоянного и оперативного взаимодействия между различными службами.
В программе развития железнодорожного транспорта Армении до 2008 года отмечается, что как торговая организация, Закрытое акционерное | общество "Армянская железная дорога"" планирует повышение рентабельности своей экономической и торговой деятельности, а так же стать одним из ведущих железнодорожных систем региона [33]. Достижение данной цели, требует реализации следующих задач: - постоянных инвестиций в разработку и совершенствование современных ' систем управления, обеспечивающих повышение конкурентоспособности и качества; изучение и активное внедрения передовых международных технологий; активное сотрудничество с администрациями железных дорог стран СНГ и международными организациями железнодорожного транспорта.
Одним из ведущих направлений по совершенствованию систем управления является развитие информационной системы железнодорожного транспорта и повсеместное внедрение вычислительной техники на всех уровнях управления и внедрения новых информационных технологий.
В данной диссертации проведен анализ станционной работБі по грузоперевозкам и предложена технология для автоматизации поездообразования на стыковых (пограничных) станциях, не имеющих типовых инфраструктурных сооружений для этой цели. В качестве базового примера и полигона для испытания принята станция Айрум Армянской железной дороги.
Работа содержит три главы.
В первой главе дается общее описание железной дороги Армении, как объекта исследования. Излагается история возникновения и развития дороги, изучается нынешнее состояние дороги, как в целом, так и по грузовым перевозкам в частности. Выделяется стратегическая роль в транспортной сети Республики, важность эффективной организации станционных работ на стыковых станциях.
Во второй главе определяется общее направление совершенствования автоматизированных систем управления железнодорожного транспорта. Особо акцентируется внимание на автоматизации перевозочного процесса.
7 Приводится общее описание и постановка задачи по использованию экономико-математической модели при поездо образовании. Дается алгоритм решения модели.
В третьей главе описывается процесс практического использования модели при организации маневровых работ станции. Даются варианты и рекомендации по увязке предлагаемой модели к автоматизированной системе оперативного управления перевозочного процесса. Приводится расчет экономической эффективности по внедрению данной модели.
Роль железной дороги в процессе экоиомического развития Республики Армения
Во второй половине 19-го века в Армении не было транспортной инфраструктуры, удовлетворяющей потребностям хозяйственно-торговой деятельности страны, что не являлось благоприятным для экономического развития в целом. По этой причине богатый урожай ереванской губернии, араратской долины и провинции Александр о поля (Гюмри) не выходил на внешний рынок.
При проектировании железной дороги Поти-Тифлис-Баку стало ясно, что для развития Армении жизненно важное, а для России стратегическое значение имеет железнодорожное сообщение Тифлис-Александрополь-Карс и Александр ополь-Ереван-Джуль фа.
К середине XIX века были готовы и одобрены руководством результаты исследовательских работ, расчеты и рабочие проекты по строительству железной дороги. Для российской империи строительство железной дороги Б Закавказье имело стратегическое, политическое и коммерческое значения. Таким образом, открывались дороги к Черному и Каспийскому морю (пограничных районов Турции и Персии) [66].
Вскоре был утвержден состав правления строительством дороги, назначен главный инженер - Бели, и начальник строительства. По указанию правления строительством дороги начались разработки на пяти направлениях.
Первый вариант был Навтлуги-Каракшгаса (Ванадзор)-Александраполь (Гюмти)-Карс. Этот вариант поддерживали наместник Закавказья, губернатор Тифлиса (Тбилиси) и хозяин медных рудников Алаверди.
Второй вариант был Агстафа-йджеван-Дшшджан-Джаджур-Алекс андрапо ль. Поддерживая этот вариант, офицеры генштаба кавказских войск и некоторые опытные проектировщики доказали, что перевозки из России по этой дороге будут быстрее, а строительство - дешевле.
По третьему варианту предусмотревались две ветки: Баку-Джульфа-Аляр-Минджеван и Агстафа-Дилиджан-Севан-Ереван. Четвертым вариантом связь с Россией обеспечивалась от Карса через Батуми. Пятый вариант был Михайяов(Хашури)Т оржоми-Ахалцихе-Кач-Александраполь-Карс. Несмотря на возражения проектировщиков и военных специалистов, был принят первый вариант, который был самым дорогим из представленных. Решающую роль сыграл фактор медных рудников Алаверди.
В конце девяностых годов XIX века было принято решение о строительстве железной дороги Тифлис-Кар с, которое финансировалось из госбюджета через Государственное управление железной дороги. По проекту на территории Армении должны были построить 535 искусственных сооружений, а так же десятки мостов и тоннелей, проделать 2569 погонных метров буровых скважин. Общая длина тоннелей составляла 2600 метров. Для водоотвода, освещения и вентиляции впервые применялась электроэнергия.
В августе 1897 года воссоединились две буровые скважины Джаджурского тоннеля. Пока в Джаджурском тоннеле продолжалась напряженная работа, на первом участке строящейся железной дороги началась эксплуатация пути Тифлис-Ахтала.
Дата рождения армянской железной дороги — август 1897 года. В октябре 1898 года завершилось строительство дороги, протянувшейся до Каракилисы (Ваиадзор), а 25-ого января был подписан приказ о курссировании пассажирских поездов по маршруту Тифлис-Каракилис.
Первый поезд до Александраполя дошел в феврале, а до Карса 21-ого июня 1899 года. В 1896 году правительство России решило начать строительство железной дороги Александраполь-Джульфа. В 1908. году полностью завершилось строительство по маршрутам Тифлис-Александраполь-Карс и Александраполь-Джульфа с тремя депо (Санаин, Александр an оль и Каре), мастерскими, пассажирскими салонами, станционными сооружениями и другими атрибутами инфраструктуры железной дороги.
В распоряжении депо имелись двухбалковые вагоны марки "3", с грузоподъемностью 10 т. Рельсы были легкие 24 и 30 килограммовые (по современным стандартам марки Р24 и РЗО). Движение поездов контролировалось по телеграфной системе. Пропускная способность была 15 составов, максимальная длина поезда - 35 вагонов. Скорость грузовых вагонов составляла 21 км/час.
В советские времена был реализован еще один из 5 проектов: строительство железнодорожной дороги Ереван-Севан-Дилижан-Агстафа, которая значительно сокращала путь, соединяя Ереван с главной магистралью Тифлис-Баку. Были построены также отдельные ветки местного значения: Александраполь-Пемзашен (30км), Капан-Мииджеваи (40км), Севан-Зод (20 км), Масис-Нурнус (40 км) и др.
Магистральные ветки армянской железной дороги электрифицированы. Дорога находятся от 800 до 2000 метров над уровнем моря [67]. Общая протяженность главных путей составляет 842 км, длина станционных путей — около 600 км (см. рис. 1.1).
Маршрутизация при поездообразовании грузовых перевозок
Цель плана формирования поездов на сортировочных и технических станциях - наиболее рациональная организация в поезда-вагонов (вагонопотоков) [38]. Под понятием рациональная организация, подразумевается обеспечение быстрейшей доставки грузов в пункты их назначения, наиболее целесообразное распределение переработки вагонов между сортировочными и участковыми станциями. План формирования указывает станцию назначения, где состав поезда подвергается расформированию. Для каждого направления, примыкающего к технической станции, можно выделить несколько назначений плана формирования.
Чем больше число назначений плана формирования на станции, тем больше вагонов одновременно простаивает в ожидании поступления замыкающих групп. Следовательно, увеличение числа назначений вызывает простой вагонов под накоплением. Однако, появляется возможность формировать больше поездов на дальние расстояния. Такие поезда проходят несколько технических станций без переработки. Затраты вагоыо-часов, возрастающие при накоплении, компенсируются дальнейшим проследованием составов по пути следования без переработки.
Допустим, что станция Гюмри все поезда в южном направлении, формирует до станции Масис одного назначения. Тогда простой вагонов на ней под накоплением наименьший. Но в Масисе, перерабатывающей все вагоны следующие далее (Ереван, Абовян, Раздан), простой их в- ожидании отправления большой. Если же формировать поезда еще и по назначениям на станции Ереван, Абовян и Раздан, то в Масисе вагоны имели бы минимальный простой, необходимый лишь для обработки транзитного поезда. Следовательно, увеличение числа назначений может дать экономию вагоно-часов на попутных станциях.
В процессе образования полного состава поезда, первая прибывшая группа вагонов простаивает весь период накопления данного состава, последняя (замыкающая) простоя не имеет, так как с ее поступлением процесс накопления заканчивается. Если известны, время прибытия поездов на расформирование и количество вагонов в них по назначениям плана формирования, то можно рассчитать вагоно-часы накопления каждого состава. Но, вследствии неравномерности поступления вагонов в переработку и по ряду других причин, время прибытия поездов, количество и назначение вагонов в них заранее не только неизвестны, но и ежедневно меняются. Поэтому потребовалось установить закономерности процесса накопления.
Задача расчета плана формирования заключается в том, чтобы отыскать такой вариант (количество формируемых станциями назначений поездов), при котором суммарные затраты на накопление и переработку вагонов на всех сортировочных и участковых станциях были бы наименьшим. Этот вариант принимается как оптимальный.
На железнодорожном транспорте применяют два основных метода организации вагонопотоков (поездообразования). По первому из них лоездообразование отражается в ежегодно составляемых планах формирования поездов [19]. По второму методу формируют поезда, которые могут проходить без переработки попутные технические станции, где план формирования поездов предусматривает переработку данного вагонопотока. Такой метод организации вагонопотоков называется маршрутизацией [22], а поезда маршрутами. Термин " маршрут" впервые появился в период первой мировой войны и относился с самого начала, и в последующем ко всем поездам, которые имели минимальное количество переработок в пути следования.
Для маршрутизации грузовых перевозок можно использовать различные критерии. Например; срочная, преимущественная доставка важных грузов, независимо от других показателей. При этом затраты на организацию маршрутов не принимают во внимание. Или экономия числа натуральных вагоно-часов, когда организуют только такие маршруты, у которых экономия вагоио-часов простоя на попутных станциях превосходит затраты на станциях формирования маршрутов и т.д. Однако постоянный и основной критерий эффективности маршрутизации - экономический.
Экономическая эффективность маршрутизации на стыковых станциях, где расформирование грузовых составов необходимо (в силу наличия разных весовых норм по приему и отправке поездов), не оспарима.
В [22] предлагается четыре основные типа маршруте образования: 1. Маршрутизация в процессе погрузки однородного груза. 2. Маршрутизация в процессе погрузки разнородных грузов. 3. Маршрутизация из разнородных грузов после приема - накопления грузов и централизованной переадресовкой груженых вагонов. 4. Маршрутизация из разнородных грузов после погрузки приема -накоплением груженых вагонов по назначениям.
На стыковых станциях наиболее целесообразно применение III и IV типов. Общим для них является то, что интервалы между поступлениями групп загруженных вагонов в накопление, количество их в каждой группе, а также род груза и станции назначении меняются.
Автоматизированные системы управления на железных дорогах
Цель применения средств вычислительной техники на железнодорожном транспорте заключается в выявлении резервов в сфере управления для своевременного, качественного и полного удовлетворения потребностей экономики и населения в перевозках, повышении экономической эффективности работы железных дорог.
Как известно, сложность создания и внедрения АСУЖТ (автоматизированная система управления железнодорожного транспорта) обусловлена сложностью процесса управления, связанной с большим " количеством объектов управления (линейные предприятий, технологические процессы и др.), масштабами технологических процессов и высокой степенью их взаимосвязанности.
Ядром АСУЖТ считается автоматизированная система оперативного управления перевозками (АСОУП). На информационной базе АСОУП реализуются локальные задачи и комплексы задач по локомотивному -АСУТ, по вагонному - АСУВ, по путевому - АСУ-путь и по энергетическому хозяйству [70].
Автоматизированная система оперативного управления перевозками в целом предназначена для: -получения полной, достоверной, оперативной и адекватной на всех уровнях управления, информации о состоянии и ходе перевозочного процесса; -прогнозирования эксплуатационных ситуаций на полигонах сети, направлениях и в отдельных районах; -подготовки данных оптимизации решений по оперативному управлению перевозками, повышения динамичности системы управления; -повышения степени обоснованности основных документов, определяющих технологию и нормативы эксплуатационной работы (график движения, план формирования, технические нормы эксплуатационной работы), с более высокой степенью детализации их составления и более полным учетом действующих факторов; -укрупнения полигонов управления хозяйственных и оперативных руководителей на основе освобождения их от рутинной работы по сбору и обработке информации, повышения содержательности различных данных, предоставляемых для целей управления, частичной или полной автоматизации ряда функций контроля, анализа и выбора решений.
Система оперативного управления" перевозками предъявляет жесткие требования к полноте, достоверности и оперативности, используемых в управлении исходных данных. Для систем железнодорожного транспорта это касается, прежде всего, информации о перевозимых грузах, контейнерах, вагонах и поездах, об их дислокации в текущий момент времени, о ретроспективных данных об использовании и работе каждой единицы подвижного состава. Этим и диктуется особое внимание к информационному обеспечению АСОУП. Информационной основой АСОУП являются: модель станции (МС), поездная модель (ПМ), вагонная модель (ВМ) и контейнерная модель (КМ).
Модель станции предназначена для хранения сведений обо всех операциях в приделах грузовой станции. Источником сведений являются автоматизированные рабочие места дежурного по станции, маневрового диспетчера, работника технической конторы, товарного кассира и т.д.
Поездная модель предназначена для хранения сведений обо всех поездах от момента формирования до момента расформирования. Составы грузовых, хозяйственных поездов и одиночных локомотивов с прицепленными к ним грузовыми вагонами отображаются в ПМ полностью. ПМ содержит информацию об операциях с поездом, количественные и качественные характеристики поезда.
Вагонная модель предназначена для хранения информации о грузовых вагонах, к которым относятся вагоны восьмизначной нумерации, действугощей на железнодорожных администрациях СНГ. Собственные вагоны с правом выхода на общую сеть номера, которые начинаются на 5, хранятся в ВМ так же, как вагоны инвентарного парка. По каждому вагону
ВМ содержит информацию о паспортных данных, операциях, состоянии и дислокации вагона.
Контейнерная модель содержит информацию о контейнерах, принадлежащих железнодорожной администрации СНГ, а так же "третьим" странам и отдельным . собственникам (фирмам, предприятиям, объединениям). По каждому контейнеру в КМ содержится информация о паспортных данных, операциях, состоянии и дислокации контейнера.
Объективные причины, связанные, прежде всего, с ручной подготовкой данных в АСОУП, не позволяют обеспечить требуемую достоверность и оперативность информации. На уровне дорожных информационных моделей (ВМД-ВМ дороги, КМД-КМ дороги) полнота и достоверность данных о вагонах, контейнерах и грузах обычно не превышает 90 - 95 % с общим отставанием фиксации физически реализуемых процессов на один час и более.
Актуально массовое применение методов автоматического получения достоверных исходных данных о ходе перевозочного процесса. Решение этой проблемы реализуется посредством системы использования адекватных моделей, нашедших наибольшее распространение на железных дорогах.
Опытная эксплуатация модели на примере данных стыковой станции Айрум
Вариант расположения групп вагонов при статусе S = -2. В описание алгоритма реализации маневровых операций вышеуказанные варианты получают соответствующие статусы (оценки): 1. Для варианта I статус = 1. 2. Для варианта II статус = 0. 3. Для варианта Ш статус = - 1. 4. Для варианта IV статус = -2. Введем следующие обозначения: п - количество вагонов формируемого состава; G - текущее количество групп вагонов; N - идентификатор первого вагона группы; К- идентификатор последнего вагона группы.
На каждом шаге итерации строится таблица VagPut (см. табл. 2.1), отражающая текущее расположение вагонов формируемого состава на путях станции. Каждая строка таблицы описывает характерные показатели одной группы вагонов и содержит следующие данные: 1. Номер станционного пути, где расположена g-ая группа (Pg). 2. Порядковый номер N-oro вагона в формируемом составе (NSg). 3. Порядковый номер N-ого вагона в пути (NP„). 4. Порядковый номер К-ого вагона в пути (КР„). 5. Количество вагонов в группе (Cg). Таблица VagPut сортируется по убыванию значения второго поля.
С целью выбора предпочтительного варианта перестановки групп вагонов (маневровая операция), исходя из текущей дислокации вагонов, по данным таблицы VagPut строится новая таблица VagMan (см. табл. 2.2), у-ая строка которой формируется следующим образом: 1. Первые пять полей равны полям у -ой строки таблицы VagPut. 2. Следующие пять полей равны поляму+1-ой строки таблицы VagPut. 3. 11-ое поле характеризует статус у -ой строки (Sj), с помощью которого определяется приоритетность перестановки вагонов (маневровой операции). 4. 12-ое поле (DJ) количество передислоцируемых вагонов. Статус строки (11-ое поле VagMan) может принимать следующие значения: "Г-если Pg-1 PgHNPg= 1,"0"-ecmiPg-l Ф Pg nNPg l, "-Г-ew]nPg-l=PgHNPg l, [ -2"-если Pg-l=Pg и NPg=lHNSg-KNSg.
После этого выполняется сортировка строк таблицы VagMan по возрастанию значений 11-го (Sj статус) и 12-го (Dj - количество вагонов) полей и происходит выбор первой строки отсортированной таблицы VagMan, в качестве очередного шага по выполнению маневровой операции. Результаты данного этапа фиксируются в таблице PolRes структура, которой идентична таблице VagMan. Первой строкой таблицы PolRes является строка таблицы VagMan, которая была выбрана в первом цикле, вторая строка, выбранная во втором цикле и т.д. Таким образом, таблица PolRes определяет количество и последовательность полных (два полу рейса) рейсов при маневровых операциях.
Фактический, на каждом этапе выбирается для реализации один рейс. Результатом реализации может быть объединение одной пары (тем самым уменьшение количество групп на 1) или подготовка к объединению. После каждого этапа рассматриваются вновь созданные пары, с присвоением им соответствующих статусов. Для реализации выбирается пара, статус которой наибольший. В случае одинаковых статусов выберется пара групп, для объединения которых, требуется наименьшее количество перемещаемых вагонов. А при одинаковых количествах перемещаемых вагонов, для пар с равными статусами, выбирается пара с наименьшим количеством групп вагонов в отцепе.
В зависимости от значения статуса выполняются следующие маневровые операции:
1. Если статус = 1, то вагоны, находящиеся на начале пути первой группы, включая вагоны первой группы, перемещаются на начало пути второй группы (на основе таблицы VagMan вагоны, находящиеся
2. Если статус = 0, то вагоны, находящиеся на начале пути до вагонов второй группы, перемещаются на начало пути первой группы (на основе таблицы VagMan вагоны, находящиеся в пути Pg, начиная с первого вагона, до NPg, необходимо перенести на начало пути Pg-1).
3. Если статус = -1, то вагоны, находящиеся на начале пути до вагонов второй группы, перемещаются на другой путь (на основе таблицы VagMan вагоны, находящиеся в пути Pg, начиная с первого вагона, до NPg, необходимо перенести на станционный путь с наименьшим количеством вагонов). = -1. 4. Если статус = -2, то вагоны, входящие во вторую группу, перемещаются на другой путь ( на основе таблицы VagMan вагоны, находящиеся в пути Pg.b начиная с первого вагона, включая вагона KPg.b необходимо перенести на станционный путь с наименьшим количеством вагонов). Работа алгоритма завершается созданием одной группы вагонов, которая и представляет требуемый формирований состав. Ниже приведен один этап работы алгоритма на примере Например, для дислокации вагонов показанной на рис. 2.5, таблицы VagMan и VagPut имеют вид: ЭТПА 1: Текущее количество групп вагонов = 6. Шаг 1. Строится табл. 2.2 и сортируется по убыванию значения второго поля.
