Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и постановка задачи исследования 8
1.1 Обзор литературы и практических разработок по теме следования. 8
1.2 Отечественный опыт строительства и развития сортировочных и участковых станций 21
1.3 Зарубежный опыт строительства и развития сортировочных и участковых станций 24
Выводы по первой главе 32
2 Исследование технологии работы технических станций и разработка имитационной модели 34
2.1 Исследование технологии работы и конструктивных решений технических станций 34
2.2 Определение законов распределения длин и интервалов поступления грузовых поездов на сортировочные и участковые станции 43
2.3 Разработка алгоритма программы, моделирующей работу парков технических железнодорожных станций 53
2.4 Имитационная модель «Автоматизированная система взаимодействия элементов технических железнодорожных станций» 62
2.5 Проверка разработанной модели 67
Выводы по второй главе 68
3 Моделирование работы сортировочных и участковых станций 70
3.1 Планирование эксперимента 70
3.2 Проверка разработанной модели и уравнений регрессий на адекватность 87
3.3 Эксплуатационная надежность станций 89
3.4 Разработка методики управления и оптимизации технических и технологических параметров работы железнодорожных станций 96
Выводы по третьей главе 100
4 Этапность реконструкции железнодорожных станций 103
4.1 Определение капитальных расходов при различных объемах работы станции 103
4.2 Определение эксплуатационных расходов при различных объемах работы станции 110
4.3. Оптимизация схемы этапного развития станции 116
Выводы по четвертой главе 121
Основные выводы 124
Список литературы 126
- Зарубежный опыт строительства и развития сортировочных и участковых станций
- Разработка алгоритма программы, моделирующей работу парков технических железнодорожных станций
- Эксплуатационная надежность станций
- Оптимизация схемы этапного развития станции
Введение к работе
Актуальность темы. В соответствии со «Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», важной задачей, требующей решения, является снижение совокупных транспортных издержек, в том числе за счет повышения эффективности функционирования железнодорожного транспорта. Для решения поставленной задачи были утверждены «Программа совершенствования работы и развития сортировочных станций на 2006-2015 годы» и «Схема размещения и развития сортировочных станций до 2015 года». Согласно расчетам в этих документах, было определено, что дефицит путевого развития по многим станциям должен быть снят за счет улучшения технологии работы. Поэтому установление соответствия технического оснащения технологическим параметрам работы железнодорожных станций является актуальной научной задачей, имеющей важное народно-хозяйственное значение.
При решении данной задачи необходимо учитывать, что железнодорожные станции являются сложной системой и включают большое количество элементов, находящихся в развитых связях. Определение оптимальных параметров работы сортировочных и участковых железнодорожных станций требует применения методов системного анализа и моделирования с учетом их специфических особенностей, заключающихся в масштабности и многосвязности объектов моделирования; наличии большого количества управляющих воздействий; широком диапазоне изменения переменных, участвующих в процессе моделирования.
Значительный вклад в решение проблемы оптимизации развития и размещения устройств на железнодорожных станциях внесли Е.В. Архангельский, В.Я. Болотный, М.К. Брехов, П.С. Грунтов, К.Г Гусева, К.М. Добросельский, Ю.И. Ефименко, A.M. Козлов, Ю.Е. Лукьянов, И.Е. Савченко и др. Вопросами создания и совершенствования систем управления на железнодорожном транспорте занимались В.М. Акулиничев, А.Ф. Бородин, А.К. Головнич, П.А. Козлов, Ю.Ф. Мухопад, А.Т. Осьминин, В.А. Персианов, Н.В. Правдин, К.Ю. Скалов, Е.М. Тишкин, В.А. Шаров и др.
В нашей стране вопросами моделирования транспортных систем и потоков занимались Ю.А. Бобров, В.Е. Гозбенко, П.А. Козлов, В.А. Савина, К.К. Таль и др. Необходимо отметить вклад международного концерна Siemens AG; железнодорожных компаний США, Канады и европейских стран: Union Pacific, Southern Pacific, Belt Railway, Canadian National, Deutsche Bahn AG, SNCF и др. - в развитие систем управления на железнодорожном транспорте.
Несмотря на большую научную и практическую значимость проблемы, характер и степень влияния размеров вагонопотоков на емкость путевого развития и взаимное расположение основных устройств на участковых и сортировочных станциях с позиции системного подхода изучены недостаточно. Отсутствие в настоящий момент универсальной методики определения оптимальных технических и технологических параметров железнодорожных станций определило цели и задачи настоящего исследования.
Целью диссертационной работы является разработка методики управления и оптимизации технических и технологических параметров железнодорожных станций в зависимости от объема выполняемой работы.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:
Проведен системный анализ работы железнодорожных станций при различном техническом оснащении и технологии работы.
Дана оценка межоперационных простоев вагонов на основе имитационного моделирования.
Определены граничные значения величин вагонопотоков, при достижении которых необходимо принимать управляющее решение по улучшению технологии работы и технического оснащения станций.
Определена экономическая эффективность конструктивных и организационных изменений (на примере работы промышленных железнодорожных станций Восточно-Сибирского и Красноярского регионов).
Установлено рациональное соотношение технических и технологических параметров промышленных железнодорожных станций как сложных систем в зависимости от объема выполняемой работы.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы системного анализа, статистической обработки данных, теории надежности, методы математического планирования эксперимента, методы динамического программирования при определении этапности развития станций в зависимости от различных факторов, имитационное моделирование работы промышленных железнодорожных станций.
Научную новизну составляют и на защиту выносятся следующие положения:
Методический подход к прогнозированию объемных и качественных показателей и комплексной оценке надежности работы станций как сложных систем, основанный на комплексном использовании статистических, детерминированных методов обработки данных и разработанной имитационной модели.
Методика установления эффективных резервов для обеспечения оптимального функционирования промышленных железнодорожных станций, узлов и отдельных элементов.
Методика оценки параметров функционирования промышленных железнодорожных станций с учетом приоритетности обслуживания в парках вагонов различных собственников, а также приоритетности пропуска и обслуживания поездов, отправляемых на внутреннюю и внешнюю сеть.
Имитационная модель работы железнодорожных станций как информационно-управляющая система реального времени, позволяющая прогнозировать показатели работы промышленных железнодорожных станций.
Практическая ценность. Разработанная методика, алгоритмы и программный комплекс, имитирующий работу сложных транспортных систем, могут использоваться владельцами инфраструктуры железнодорожного транспорта, проектными и научными организациями для определения оптимального со-
отношения емкости путевого развития, локомотивного парка и штата работников технического осмотра в зависимости от размеров поступающих поездопо-токов. Результаты исследования позволят прогнозировать и определять простои грузовых поездов при заданных параметрах и определять факторы, которые необходимо изменить для ускорения переработки вагонов.
Реализация результатов работы. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования использованы при определении оптимального штата работников технического осмотра (ПТО) и емкости путевого развития на промышленной сортировочной станции Ангарск (ОАО «Восточно-Сибирский промышленный транспорт»). Разработанная имитационная модель была использована при прогнозировании изменения работы промышленных станций Ачинск, Назарово, Красноярск (ОАО «Восточно-Сибирский промышленный транспорт»). Экономический эффект был получен за счет сокращения штата, рационального использования путевого развития и локомотивов, уменьшения задержек подвижного состава и составил 5 млн руб. в год. Результаты исследования используются в учебном процессе в Иркутском государственном университете путей сообщения в рамках дисциплин «Информационные технологии на транспорте» и «Проектирование сортировочных устройств», а также разработанная компьютерная модель «Автоматизированная система взаимодействия элементов технических железнодорожных станций» используется при выполнении дипломного проектирования по специальности «Организация перевозок и управление на транспорте».
Апробация работы. Основные выводы диссертационной работы, научные выводы и предложения доложены и получили положительную оценку на межвузовских научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса» (г. Самара, 2009 г.), «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (г. Иркутск, 2009 г.), «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (г. Владивосток, 2009 г.), «Тринадцатая научно-техническая конференция КрИЖТ ИрГУПС» (г. Красноярск, 2009 г.), «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» (г. Иркутск, 2011 г.); на заседаниях кафедры «Управление эксплуатационной работой» Иркутского государственного университета путей сообщения в 2008-2011 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 11 статей, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, заключения, библиографического списка, включающего 128 наименований, и 12 приложений. Общий объем работы составляет 207 страниц машинописного текста и содержит 14 таблиц, 34 рисунка и 71 страницу приложений. В приложении приведены акты внедрения и свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Зарубежный опыт строительства и развития сортировочных и участковых станций
Историю развития зарубежных сортировочных станций можно разделить на несколько наиболее характерных этапов, отличающихся качественными изменениями. Первый этап длился от возникновения сортировочных станций до начала XX столетия, второй - до конца второй мировой войны, третий продолжается в настоящее время. В каждом из перечисленных этапов также можно выделить периоды наиболее интенсивного развития сортировочных станций.
Техника и технология переработки вагонопотоков особенно интенсивно совершенствовалась в странах Западной Европы (Германия, Франция, Великобритания) и США, а на последнем этапе - в Японии [38; 43 59; 66; 75; 76; 80; 121]. Большой вклад в проектирование и развитие сортировочных станций внесли специалисты железных дорог России и других республик бывшего СССР.
В первом периоде развития сортировочного хозяйства расформирование составов и направление отцепов на пути, соответствующие их назначению, осуществлялись, как правило, на горизонтальных путях, расходящихся веерообразно от одного общего вытяжного пути с помощью стрелочных переводов. Сначала этот процесс осуществлялся методом осаживания, затем стали применять подталкивание. При этом группы вагонов отцеплялись от подталкиваемого маневровым локомотивом состава, а затем, после затормаживания этого локомотива, отделялись от него и двигались по инерции по нужным маршрутам.
Наряду с этим способом передвижение отцепов на соответствующие пути в ряде стран выполнялось с помощью конной тяги, например в России. В США на станциях Ист-Детройт, Хоторн, Пекертон и др. применялись маневры с помощью шеста. В 1846 г. в Германии станция Дрезден-Фридрихштадт была построена на уклоне. В 1863 г. такая станция была сооружена во Франции (Сен-Этьен), в 1873 г. - в Англии (Эдж-Хилл). В США некоторые станции или отдельные их парки также сооружались на уклоне, например станции Гринвиль, Логанспорт, Шеридан. На таких станциях маневры осуществлялись "самотеком" под действием силы тяжести вагонов [76].
Поворотным моментом в развитии сортировочных станций стало применение сортировочных горок, определившее технологию переработки вагонопотоков на многие десятилетия вперед. Первыми станциями с сортировочными горками были: в Германии Шпельдорф (1876 г.), во Франции Терр-Нуар (1888 г.).
Применение сортировочных горок позволило устранить основной недостаток наклонных вытяжек - необходимость расцеплять вагоны на уклоне, используя для этого ручные тормозные средства. На сортировочной горке для этой цели имеется надвижная часть, расположенная, как правило, на подъеме; затем, достигнув при надвиге вершины, отцеп отрывается от состава и скатывается вниз по спускной части горки.
Сортировочные горки разной производительности имеют все страны с развитым железнодорожным транспортом. Хотя прошло уже более 120 лет с начала их строительства, но лучшего решения в ближайшей перспективе не предвидится.
В 1914 г. на станции Герне (Германия) был осуществлен дистанционный перевод стрелок. В США на двусторонней станции Потомак стрелки горочной горловины были оборудованы электропневматическими приводами, управляемыми с горочных постов.
В Германии до 1925 г. при возрастании объемов работы односторонние сортировочные станции переустраивались в двусторонние с последовательным расположением трех (реже двух) парков. Новые сортировочные станции строились также двусторонними. На многих станциях многогруппные составы поездов формировались в группировочных парках с вытяжками или горками. Особо крупными сортировочными станциями были Гамм, Нюренберг, Мюнхен-Леям, Седдан, Вустермак [76; 80]. В США до второй мировой войны применялись в основном двусторонние сортировочные станции с последовательным расположением парков.
Комиссия станций и узлов Американской ассоциации инженеров железнодорожного транспорта рекомендовала укладывать в парке прибытия такое число путей, которое давало бы возможность в течение 3 - 4 ч принять половину всех поездов, ожидаемых в течение суток.
При реконструкции двусторонние сортировочные станции, как правило, сохранялись. Например, на двусторонней сортировочной станции Клиринг переустройство в 1938 г. заключалось лишь в изменении плана и профиля станции в связи с необходимостью работы с поездами большой длины. В каждом парке приема длина четырех путей возросла с 70 до 110 четырехосных вагонов (примерно до 1650 м). До реконструкции длина сортировочных путей составляла 38 вагонов, и поэтому на каждое назначение выделялось по два пути; после реконструкции большинство сортировочных путей было удлинено. Для увеличения перерабатывающей способности на сортировочных горках сооружено по два пути надвига и роспуска. Поезда отправлялись непосредственно с путей сортировочных парков.
После второй мировой войны тенденция к концентрации сортировочной работы на железных дорогах США, Канады, Великобритании, Франции и других стран определила необходимость строительства мощных сортировочных станций, оснащенных современными устройствами механизации и автоматизации.
Рассмотрение схем сортировочных станций, построенных в послевоенный период, выявляет ряд направлений в их развитии.
Сортировочные станции сооружаются преимущественно односторонними. Переход к ним определяется появлением мощных сортировочных горок, оборудованных новейшей техникой, стремлением сократить протяженность станционных путей (в том числе оборудуемых контактной сетью), интенсифицировать использование технических средств, сократить эксплуатационный штат и т. п.
Станции строят с парками приема (отправления), как правило, объединенными для всех примыкающих направлений, - Жеврей во Франции, Оффенбург в ФРГ, Вест-Колтон в США.
В сортировочных парках предусматривается большое число путей: в Канаде на станции Монреаль - 124 пути, в том числе в основном парке - 84, в группировочном - 40; в США на станции Бенсенвилл 70 путей [43; 66; 75]; в Великобритании на станции Хили-Милле - 75 с учетом путей в группировочном парке; во Франции на станции Жеврей - 59 путей и др. Довольно часто двусторонние сортировочные станции переустраиваются в односторонние, например в США станции Бенсенвилл и Джон Севье, в ФРГ станция Оффенбург.
Однако в крупных узлах при необходимости концентрации переработки вагонопотоков в особенно больших размерах и при соответствующем технико-экономическом обосновании сооружаются новые двусторонние сортировочные станции: в США станция Конуэй, в ФРГ станция Машен, в Великобритании станции Карлайл и Тис.
В США длины путей парков приема и отправления значительно больше, чем сортировочных парков, и достигают 2 - 2,5 км, а на станции Вест-Колтон - 3 км. В Европе длина приемо-отправочных путей составляет 700 - 900 м и, как правило, не превышает длины сортировочных путей.
Ввиду значительного увеличения длины поездов чаще сооружают станции с комбинированным расположением парков, имеющих разную длину приемо-отправочных и сортировочных путей, что облегчает выполнение маневровой работы с составами различной длины: станции Янг и Эрнст Норрис в США, Урнад во Франции.
В США до 1960 г. с последовательным расположением приемного, сортировочного и отправочного парков были построены только три станции -Розевилл, Рэднор и Линкольн.
На ряде станций отсутствуют отправочные парки и сформированные поезда отправляются непосредственно из сортировочно-отправочных парков: станция Торнтон в Великобритании, Лозанна-Сортировочная в Швейцарии. В США на станциях Силвис и Вест-Колтон некоторые отправочные пути являются непосредственным продолжением части сортировочных путей, образуя длинные сортировочно-отправочные пути, которые удобно использовать для формирования и отправления длинносоставных поездов.
Первой механизированной сортировочной горкой, где замедлители располагались на спускной части, была горка на станции Гамм в Германии (1924 г.), а в СССР - на станции Красный Лиман (1934 г.). Если первые механизированные горки перерабатывали не более 1,0 - 1,5 тыс. двухосных вагонов в сутки, то современные, более 10 тыс. четырехосных вагонов.
Разработка алгоритма программы, моделирующей работу парков технических железнодорожных станций
Каждый шаг имеет сложную технологическую структуру и может быть полностью определен только после определения предыдущего. При разработке имитационной модели были использованы рекомендации, изложенные в [4].
Для того, чтобы разработать модель, имитирующую работу парков технических железнодорожных станций, необходимо определить операции, которые будут выполняться при обслуживании основных групп грузовых поездов. Поскольку в предыдущем разделе были определены типы парков, которые могут быть рассмотрены при работе элементов станции «подходы -парк приема - горка», необходимо категории поездов и выполняемые с ними операции представить для каждого парка в отдельности (таблица 2.4)
Существует несколько условий обработки поездов данных категорий -свободность подходов (соблюдение интервала прибытия), свободность приемо-отправочных путей, свободность горочного локомотива, наличие поездного локомотива, наличие и готовность локомотивной бригады, свободность бригады ПТО.
Нормативное время ожидания поездных локомотивов для транзитных поездов должно стремиться к нулю, однако фактическое время существенно варьируется и не поддается описанию каким-либо законом распределения (рисунок 2.21).
Это время зависит не только от технологии работы технических станций и прилегающих к ним участков обращения локомотивов, но и от сложившейся ситуации на отдельном участке дороги.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что около 50% транзитных поездов со сменой локомотива ожидают поездной локомотив не более 57 минут. При этом около 30% транзитных поездов отправляется без задержек.
Еще одним критерием обработки транзитных поездов является наличие и готовность локомотивной бригады. Изучение работы сортировочных и участковых станций позволило определить, что более 85% транзитных поездов со сменой локомотивных бригад отправляется без задержек. Это позволяет принять величину ожидания локомотивных бригад, при моделировании, равной нулю.
Важнейшими параметрами для имитационного моделирования являются:
количество прибывающих на станцию грузовых поездов Л " (только грузовые поезда будут обрабатываться в парке приема);
доля грузовых поездов каждой категории: поступающих в расформирование, со сменой локомотива, со сменой локомотивных бригад;
количество пассажирских (среди них пригородные) поездов (пассажирские поезда не обрабатываются в парке приема, однако их пропуск влияет на свободность прилегающих перегонов);
продолжительность обработки поездов каждой категории в парке приема t06P (величина, зависящая от общего количества вагонов в составе, количества неисправных вагонов в составе, количества бригад ПТО в парке);
продолжительность расформирования грузовых поездов на сортировочной горке (величина, зависящая от общего количества вагонов в составе, перерабатывающей способности горки);
средний интервал прибытия поездов на станцию. Это значение определяется с учетом коэффициентов съема поездами различных категорий, количества поездов различных категорий по формуле (2.7)
Минимальное количество бригад ПТО в парке приёма зависит от величины входящего поездопотока, продолжительности осмотра состава. В свою очередь, количество неисправных вагонов в составе (требующих текущего или отцепочного ремонта) есть величина случайная, поэтому для учета случайной природы этой величины необходимо задать коэффициент вариации продолжительности обработки состава. Математическое ожидание продолжительности обработки состава можно определить по формуле (2.8) [4].
Принимая значение коэффициента вариации продолжительности в диапазоне 0,12-0,20, согласно полученным данным, представляется возможным смоделировать ряд случайных величин — времени осмотра состава в парке технической станции (учитывая случайную величину -количество вагонов в составе или количество неисправных вагонов в составе поезда).
При моделировании процесса прибытия поездов на технические станции, интервал между поступающими поездами, как величина случайная, определялся по формуле (2.10)
Определив основные параметры моделирования, допустимо перейти к следующему шагу алгоритма - моделирование. На этом этапе должна выполняться проверка на свободность и готовность каждого элемента. В первую очередь, происходит составление расписания и определение времени прибытия каждого поезда на станцию. После этого должна определяться нумерация всех поездов по категориям, согласно начальным параметрам. Первая часть алгоритма моделирования приведена на рисунке 1 приложения Г.
Вторым этапом в моделировании является определение продолжительности всех операций при обслуживании поезда. Обслуживание поезда начинается с проверки выбранного маршрута. В момент поступления поезда на станцию все приемо-отправочные пути, бригады ПТО и горочный локомотив могут находиться в одном из двух состояний: или свободен, или занят. Согласно этому условию и начальным параметрам происходит составление графика. При возникновении конфликтной ситуации, съем нитки грузового поезда пассажирским или занятость всех приемо-отправочных путей, моделируется задержка грузового поезда на впередилежащей станции. Общий вид формирования графика представлен на рисунках 2.22, 2.23.
Для дальнейшей обработки результатов моделирования, представленных в виде графика, необходимо отображать полученные данные в табличном виде. Порядок заполнения таблицы результатов представлен на рисунке 2 приложения Г.
Весь алгоритм работы программы представлен в виде нескольких отдельных алгоритмов. Даже в этом случае, все части являются обобщенными и включают в себя большое количество более мелких подпрограмм.
Эксплуатационная надежность станций
Эксплуатационная надежность станций отражает слаженность и согласованность взаимодействия в работе станций и отдельных внутристанционных систем между собой. Этот показатель зависит от интервалов времени, через которые прибывают поезда в парк с прилегающих участков, от числа бригад технического осмотра и длительности операций с каждым составом, от мощности горки и ее перерабатывающей способности, определяемой горочным интервалом и т.д. Недостаточное техническое или технологическое оснащение в работе железнодорожных станций может привести к существенным сбоям и нарушениям.
В зависимости от числа обслуживающих устройств различают системы одноканальные - при одном обслуживающем устройстве и многоканальные -при двух и более. Примером одноканальнои системы является система, включающая в качестве обслуживающего устройства сортировочную горку. При обработке составов поездов в парке двумя бригадами технических осмотрщиков система является двухканальной.
Для определения надежности необходимо рассмотреть вероятностные состояния системы. Надежность работы парка определится суммой вероятностей для всех состояний системы (Хрп), когда в парке и в обслуживающем устройстве нет ни одного поезда, и когда в системе находится «количество путей+1» поездов.
Аналитическое выражение рп с эрланговским входящим потоком и показательным временем обслуживания определяется по формуле
На существующих участковых и сортировочных станциях возникают различные затруднения в эксплуатационной работе, при этом не всегда в должной степени обеспечивается достаточная надежность работы станций. Значения надежности работы транзитного и приемо-отправочного парка сортировочной станции и приемо-отправочного парка участковой станций для вариантов, рассмотренных в разделе 3.1, представлены в таблицах 3.1-3.5.
При определении надежности работы парка приема сортировочной станции необходимо производить разделение расчетов: надежность с учетом одновременно работающих бригад ПТО; надежность с учетом работы сортировочной горки. Полученные результаты необходимо объединять и выбирать меньшие значения для определения надежности работы парка станции.
Надежность работы парков в диапазоне 90-99% обеспечивает нормальную работу прилегающих участков. При этом на ближайшем раздельном пункте в среднем в сутки может задерживаться 0,25-2,5 поездов. Важно отметить, что одновременно будет задерживаться только по одному поезду. Следует считать, что задержки поездов в указанном диапазоне, когда одновременно на промежуточных станциях участка будет задерживаться лишь по одному, а эпизодически (один раз в двое - десять суток) и по два поезда, не вызовут затруднений в работе большинства станций. Полученные результаты надежности работы парков участковой и сортировочной станции позволили построить графики зависимостей (приложение К). На каждом графике отмечена контрольная линия надежности, равная 90%. Числовые значения, отклоняющиеся в меньшую сторону от контрольной линии надежности более чем 5-10%), вызывают одновременные задержки у двух и более поездов чаще одного раза в сутки. Данный факт может существенно нарушить работу парков соседних станций и прилегающих участков.
Оптимизация схемы этапного развития станции
Для определения оптимальной схемы этапного развития станции в течение расчетного периода строится график возможных переходов от одного варианта технического состояния станции к другому. В данной работе расчетным периодом принято 10 лет, а отдельным шагом - один год. Темп роста объемов поступающих грузовых поездов принят в размере 13% от исходного значения и сохраняется в течение всего периода.
Для выяснения основных тенденций этапности реконструкции железнодорожных станций приняты варианты существующих промышленных станций. Основные технические и технологические параметры работы промышленных станций сведены в таблицу 2.
Количество приемо-отправочных путей указано без учета: ходовых путей; путей надвига и роспуска; путей для приемо-сдаточных операций. Важно отметить, что существующего путевого развития достаточно для обработки поступающих на станции поездов.
В приложении Л и на рисунках 4.1-4.2, представлены схемы этапного развития рассмотренных промышленных железнодорожных станций. На графике на горизонтальных и наклонных линиях проставляют в соответствующие годы расчетного периода суммы приведенных затрат, рассчитанные по формуле 4.1. Каждый новый шаг по вертикали соответствует новому техническому состоянию. Для всех рассмотренных промышленных железнодорожных станций приняты следующие варианты изменений:
1 - Станция работает без изменений.
2 - Ввод дополнительной бригады ПТО.
3 - Строительство одного приемо-отправочного пути и ввод дополнительной бригады ПТО.
4 - Строительство двух приемо-отправочных путей и ввод дополнительной бригады ПТО.
5 - Строительство трех приемо-отправочных путей и ввод дополнительной бригады ПТО.
Техническое развитие промышленной станции Ангарск (ОАО «Восточно-Сибирский промышленный транспорт») включает сортировочную горку с одним путем надвига и роспуска, с одним горочным локомотивом. В связи с этим рассмотрен второй вариант развития станции со строительством вторых путей надвига и роспуска, с добавлением второго горочного локомотива. При этом технические состояния включают следующее:
1 - Станция работает без изменений.
2 - Строительство вторых путей надвига и роспуска, добавление второго горочного локомотива.
3 - Строительство вторых путей надвига и роспуска, добавление второго горочного локомотива и ввод дополнительной бригады ПТО.
4 - Строительство вторых путей надвига и роспуска, добавление второго горочного локомотива, строительство одного приемо-отправочного пути и ввод дополнительной бригады ПТО.
5 - Строительство вторых путей надвига и роспуска, добавление второго горочного локомотива, строительство двух приемо-отправочных путей и ввод дополнительной бригады ПТО.
Наилучшая схема этапного развития станции с определением оптимальных сроков ввода этапов устанавливается по графику «время состояние» с рассмотрением всех возможных вариантов перехода от одного технического состояния станции к другому, с использованием принципа оптимальности Белл мана. Сущность этого принципа сводится к тому, что каким бы путем система не пришла в данное состояние, дальнейшее ее движение должно быть оптимальным [13].
В данной работе поиск оптимального управления осуществляется в естественном направлении от начального года расчетного периода к конечному.
С использованием принципа оптимальности Беллмана для всех возможных вариантов рассчитывается сумма приведенных затрат последовательно для первого, второго, третьего... и последнего года расчетного периода. Из рисунка 4.1, например, видно, что переход в узел 1-1 (без изменения технического состояния станции в 1-м году расчетного периода) возможен только из узла 1-0 и приведенная стоимость перехода составляет 10,49 млн. руб.; этот переход (по горизонтали), соответствующий локальному оптимуму, обозначен на графике прямоугольником, в котором обозначена стоимость перехода. Сумма затрат от начала координат (t = 0) до узла 1-1 также равна 10,49 млн. руб. и проставляется в кружке, соответствующем этому узлу 1-1.
В узел 2-2 можно попасть двумя путями: из узла 1-1 с суммарной затратой 10,49 + 12 10 = 22,59 млн. руб. и из узла 2-1 с суммарной затратой 11,90 + 12,10 = 24,00 млн. руб. Следовательно, оптимальным является первый путь (по горизонтали), который обозначен стоимостью в прямоугольнике; в кружок, соответствующий узлу 2-2, проставляется сумма 22,59 млн. руб.
Аналогично просчитываются все узлы последовательно за первый, второй, третий и т.д. годы вплоть до последнего 10-го года. Минимальная сумма приведенных расходов в конце расчетного периода составляет 127,64 млн. руб.
Чтобы установить оптимальный вариант схемы этапного развития станции промышленной станции Красноярск (ОАО «Восточно-Сибирский промышленный транспорт»), необходимо от узла 3-6 двигаться в направлении к начальному году только по тому пути, который ранее был отмечен, что соответствует минимальным значениям промежуточных критериев на каждом шаге. Получаемая таким образом оптимальная схема этапного развития рассматриваемой станции отмечена на графике серым цветом и требует: в течение первых двух лет работать с техническим оснащением по варианту 1 (исходная схем станции); к началу третьего года перейти на техническое оснащение по варианту 2 (вводится дополнительная бригада ПТО); к началу шестого года перейти на техническое оснащение по варианту 3 и с этим оснащением двигаться до конца расчетного периода. Техническое оснащение по варианту 3 включает строительство одного дополнительного приемо-отправочного пути и ввод дополнительной бригады ПТО (относительно исходной состояния работы станции).
Необходимо подчеркнуть, что любая другая этапность (отличная от оптимальной) не будет иметь меньшую сумму приведенных расходов.
Выбор оптимальной схемы развития промышленной железнодорожной станции Ангарск происходит из двух рассмотренных вариантов (рисунок 1,2 приложения Л). Минимальная сумма приведенных расходов в конце расчетного периода по первому варианту, без строительства дополнительных путей надвига и роспуска, составляет 140,98 млн. руб. Техническое оснащение к последнему году расчетного периода включает строительство одного дополнительного приемо-отправочного пути и ввод дополнительной бригады ПТО (относительно исходной состояния работы станции). Минимальная сумма приведенных расходов по второму варианту, со строительством дополнительных путей надвига и роспуска, составляет 159,62 млн. руб. Техническое оснащение к последнему году расчетного периода включает строительство вторых путей надвига и роспуска, добавление второго горочного локомотива, строительство двух приемоотправочных путей и ввод дополнительной бригады ПТО (относительно исходной состояния работы станции). Таким образом, оптимальная схема этапного развития промышленной станции Ангарск достигается без сооружения дополнительных путей надвига и роспуска и составляет 140,98 млн. руб.
Оптимальные схемы этапного развития промышленных станций Ачинск и Назарово предусматривают ввод дополнительной бригады ПТО к началу 6 и 5 года соответственно (рисунок 3,4 приложения Л). При этом минимальная сумма приведенных расходов по станции Ачинск составляет 77,50 млн. руб. Минимальная сумма приведенных расходов по станции Назарово составляет 101,35 млн. руб.
Достижение полученных результатов осуществлялось по определенному алгоритму исследований:
- определяются параметры потока поездов, характеристики параметров обслуживания, количество путей в приемоотправочном парке;
- на основе имитационной модели работы станции определяются задержки в максимальных и минимальных точках;
- определяется количество и величина задержек, при помощи метода планирования эксперимента;
- при помощи метода динамического программирования определяется оптимальная схема этапного развития станции
