Содержание к диссертации
Введение
1- Состояние вопроса и постановка задачи 7
1.1. Развитие теории организации вагонопотоков на сети железных дорог 7
1.2. Исследования величины простоя вагонов под накоплением 13
1.3. Система организации вагонопотоков 19
1.4. Оперативная корректировка плана формирования поездов 21
1.5. Определение критериев оценки вариантов организации вагонопотоков 25
1.6. Отечественный опыт в организации перевозок 28
1.7. Методы организации вагонопотоков за рубежом 29
1.8. Цель исследования 33
1.9. Выводы по первой главе 34
2. Исследование факторов, влияющих на организацию вагонопотоков на участке 37
2.1. К Исследование влияния мощности вагонопотоков на функционирование системы формирования поездов 37
2.2. Определение устойчивости плана формирования поездов 42
2.3. Определение времени нахождения вагона под накоплением 44
2.4. Определение времени нахождения вагонов на попутной технической станции 48
2.5. Выбор критериев расчета плана формирования поездов 50
2.6. Определение сфер эффективности вариантов организации вагонопотоков 54
2.7. Выводы по второй главе 60
3. Моделирование системы организации вагонопотоков дороги 64
3.1. Моделирование процесса формирования составов при изменении входящего потока 65
3.2. Формирование поездов различных категорий в зависимости от поступающего вагонопотока 66
3.3. Расстановка вагонов в составе в зависимости от географического расположения станции 68
3.4. Формирование поездов в зависимости от экономических показателей 71
3.5. Описание алгоритма оперативной корректировки плана
формирования поездов 19
3.6. Выводы по третьей главе 87
4. Экономическая оценка предлагаемой корректировки плана формирования поездов 89
4.1. Экономическая эффективность корректировки внутридорожного плана формирования поездов с использованием предложенной методики расчета 89
4.2. Описание внутридорожного плана организации вагоноиотоков 91
4.3. Пример расчета внутридорожного плана формирования 94
4.4. Выводы по четвертой главе 99
Заключение 100
Библиографический список 105
Приложения
- Исследования величины простоя вагонов под накоплением
- Определение времени нахождения вагона под накоплением
- Формирование поездов различных категорий в зависимости от поступающего вагонопотока
- Описание внутридорожного плана организации вагоноиотоков
Введение к работе
Одной из основных задач эксплуатационной работы железнодорожного транспорта является правильная организация вагонопотоков, установление наиболее рационального порядка их следования по направлениям железнодорожной сети и системы формирования. Важная роль в области улучшения организации грузовых перевозок отводится плану формирования поездов.
Нерациональная организация вагонопотоков - одна из основных причин просрочки доставки грузов. В результате часть грузов, перевозимых по железным дорогам, в рыночных условиях переходит на другие виды транспорта.
Современная технология организации вагонопотоков в поезда призвана обеспечить устойчивое положение железных дорог на рынке транспортных услуг. При этом первостепенное внимание должно обращаться на гарантированное выполнение требований владельцев грузов к качеству перевозок, особенно по срокам доставки грузов, а также на сокращение затрат на выполнение сортировочной и поездной работы. За последние три года в результате позитивных перемен в экономике страны, проведения гибкой тарифной политики, внедрения новейших технологий на сети дорог произошел перелом в объемах перевозок и пассажиров.
На заседании расширенной коллегии Министерства путей сообщения РФ было отмечено, что МПС обеспечило дальнейший рост объемов перевозок. По итогам первого полугодия отправление грузов возросло почти на 5 % по сравнению с уровнем 2002 г, грузооборот вырос более чем на 13 %. Увеличение объемов перевозок достигнуто даже при использования меньшего количества грузовых вагонов.
Вопросам совершенствования организации вагонопотоков в Министерстве путей сообщения Российской Федерации уделяется большое внимание. Существенным моментом в этом является развитие исследований по созданию методических и нормативных рекомендаций
для научных и практических работников, занимающихся организацией вагонопотоков.
В последние годы в системе организации вагонопотоков на отечественных железных дорогах произошли серьезные изменения, поэтому требуется использования новых методик расчета плана формирования и новых вычислительных средств при выборе вариантов продвижения вагонопотоков.
Составной частью общей системы организации вагонопотоков является внутридорожпый план формирования поездов, включающий в себя планы организации сквозных поездов между опорными техническими станциями полигона дороги, местных поездов в районах местной работы и передаточных в узлах.
Сегодня практическая задача разработки внутридорожного плана формирования поездов сводится к такому распределению сортировочной работы между станциями, при котором обеспечивается выполнение государственного заказа и договорных обязательств перед клиентурой, а также заданий МГТС.
В настоящее время в среднем по сети грузовой вагон находится в движении только 22 %, между тем как на технических станциях 38%, под грузовыми операциями 35%. За период оборота 8,58 сут грузовой вагон 14 раз обрабатывается на технических станциях, где выполняются операции по расформированию, накоплению и формированию, технический и коммерческий осмотр, смена локомотива и локомотивной бригады.
Оперативная корректировка плана формирования поездов
способствует ускорению оборота вагонов и интенсификации
использования рабочего парка.
Основной целью данного исследования является совершенствование методов расчета внутридорожного плана формирования поездов, разработка и внедрение системы оперативной корректировки вагонопотоков в условиях создания оптимальной модели управления перевозочным процессом.
В связи с этим поставлены задачи:
- выбор статистических методов прогнозирования, обеспечивающих
наибольшую степень точности прогнозных данных и исследование
изменение мощности вагонопотоков с использованием теории вероятности;
- исследовать работу сортировочных станций, как сложной технической
системы с моделированием отдельных технологических процессов;
- выбора основных факторов, обуславливающих экономическую
эффективность перемещения грузовых поездов;
- критериев расчета наиболее рациональных вариантов формирования
поездов при заданных условиях;
проведение оперативной корректировки плана формирования для разветвленного полигона;
определение технико-экономической эффективности проведения оперативной корректировки плана формирования поездов.
Исследования величины простоя вагонов под накоплением
В расчетах плана формирования параметр накопления вагонов с используется для определения простоя вагонов под накоплением и является одним из основных критериев, показывающим эффективность назначений плана формирования.
Проф. И.И. Васильев в /18/ поставил задачу определения среднего времени накопления при любых размерах вагонопотоков и конфигурации их подхода с точностью, достаточной для практических расчетов. Он отметил, что числовой коэффициент представляет собой количество суточных вагоно-часов накопления, приходящихся на один вагон состава и характеризует общий темп накопления составов данного назначения, в дальнейшем он был назван параметром накопления.
Проф. К.А. Бернгард в /19/ рассмотрел влияние на процесс накопления величины прибывающих групп вагонов, кратности состава поезда величине группы и включения в отправляемые поезда вагонов местной погрузки.
Указанную зависимость использовать нельзя, поскольку є и у заранее не известны. Имеются недостатки и с точки зрения процесса накопления, так как исследование поводилось при условии круглосуточного поступления вагонов равными группами, что возможно лишь теоретически. В реальных условиях наряду с указанной возможна прямо противоположная зависимость Тнак и е , если в первой половине периода накопления будут прибывать крупные, а во второй - мелкие ірупиьі вагонов.
Коэффициент у автор определяет в зависимости от кратности состава величине группы. На самом деле, поскольку различен вес вагонов, величины групп и составы формируемых поездов, у зависит от кратности лишь при очень больших группах. В реальных условиях перерывы возникают и при отсутствии такой кратности; их возникновение тем более часто, чем меньше группы и чем больше поездов отправляется весом выше нормы. Проф. А.П- Петров в /3/ опубликовал результаты исследования зависимости времени накопления от величины состава и прибывающих групп, числа формируемых назначений и размера возможных колебаний составов по отправлению с целью ликвидации остатков вагонов.
Основными выводами являются: - зависимость TIIM. = f(m) имеет ярко выраженный линейный характер; - время простоя под накоплением сокращается с уменьшением числа групп е или числа формируемых назначений к; - период накопления можно сократить на величину до 20% при помощи отклонения величины накопленного состава на 10%; - чем меньше величина группы, тем чаще происходит перерыв накопления, причем зависимость у от е может быть выражена аналитически где а - эмпирический коэффициент, который для практических расчетов принимаеген 1,5.
Таким образом, впервые был предложен способ нормирования вагоно-часов накопления в зависимости от числа формируемых назначений и сделан важный вывод о том, что время накопления сокращается при уменьшении общего числа назначений. Автор предложил применять (1.8) для нормирования простоя под накоплением на любой технической станции. Во время написания /3/ это позволило существенно повысить точность расчетов плана формирования, однако в дальнейшем, по мере роста вагонопотоков усиления мощности постоянных устройств на станциях и концентрации переработки вагонов простой под накоплением на сортировочных станциях значительно увеличился. Все это не позволило рекомендовать зависимость (1.8) для сортировочных станций, хотя для участковых она вошла в Инструктивные указания по организации вагонопотоков /20/.
При разработке внутридорожного плана для формирования групповых поездов необходимо конкретизировать значение параметра накопления для каждого назначения. В Инструктивных указаниях по организации вагонопотоков на железных дорогах СССР /21/ рекомендовано определять его в зависимости от мощности назначения по эмпирическим формулам /для трех диапазонов изменения вагонопотока назначения/. Если воспользоваться ими, получим, что при мощности назначения JV, П0
вагонов с, с ростом Лгх убывает, а при W,) НО вагонов - возрастает, причем при Л", =110 -200 вагонов с} = 10,2-=-10,8, а при АГ =210-5-400вагонов , =Шт-П,2. Здесь не учитывается общее число формируемых станцией назначений. При оперативной корректировке плана формирования изложенными выше формулами пользоваться затруднительно, т.к. требуется определить вагоно-часы накопления отдельного назначения в зависимости от мощности и категории поезда.
Эта зависимость может быть уточнена. Для этого следует рассмотреть результаты моделирования работы сортировочной станции в различных условиях. В настоящее время это возможно, так как существует целый ряд имитационных моделей, в той или иной степени соответствующих реальным станционным процессам.
Определение времени нахождения вагона под накоплением
Вопрос рациональной организации вагонов не может быть решен без определения затрат вагоно-часов на станциях формирования. Значительная часть затрат вагоно-часов на станциях приходится на накопление и составляет 50-60% от общего простоя вагонов. Расчеты по выбору оптимального варианта в значительной степени зависят от правильного нормирования затрат на накопление вагонов. Процесс накопления поездов обуславливается действием таких факторов, как величина состава поезда, мощности назначения вагонопотоков, величины интервала прибытия поездов, числа вагонов в группе прибытия, величина замыкающей группы, прерывности накопления между составами и др. При оперативной корректировке плана формирования изложенными в первой главе формулами пользоваться затруднотельно, т.к. требуется определить часы накопления отдельного назначения в зависимости от мощности и категории формируемого поезда. Для изучения характера и особенностей процесса накопления на технической станции с различными объемами сортировочной работы был проведен анализ накопления вагонов, включаемых в состав сквозных (одногруппных и групповых), сборных, вывозных поездов па станции Иркутск- сортировочный /81/.
Для установления связи между мощностью вагонопотока и часами накопления были собраны статистические данные и рассчитана реірессиопная модель. Проведение парного корреляционного анализа функции по линейной и нелинейной форме вручную является задачей трудоемкой, поэтому в работе применялись программы Бхсеї /82/ и MathCad /83/.
Нахождение зависимости для данной модели между двумя факторами заключается в нахождении коэффициентов й0,а,,а21 которые определяются с помощью систем нормальных уравнений для линейных, гиперболических и параболических и комбинированных зависимостей. Модель линейного вида характеризуется при заданной исходной информации следующими уравнениями /84/; Модель, описывающая гиперболическую зависимость: «ОУ-+«ІЕЛ-=7—; (2-7) Модель для параболической зависимости: 1.ІЛГ1 +в,5 3 +«;І =2 2/- (2-8 ) Для достоверного описания фактических величин времени накопления была выведена модель комбинированной зависимости: где n - количество значений; /V- мощность вагонопотока; а0,ах,а2 - эмпирические коэффициенты; - вагоно-часы простоя под накоплением. Расчет всех необходимых величин для четырех типов моделей представлен в приложении 2. Ныли составлены уравнения зависимости и определена теснота связи между показателями.
Определение времени накопления поездов различных категорий Как видно из і рафиков, время простоя вагонов под накоплением изменяется в зависимости от размеров вагонопотока, отправляемого со станции и категории поезда.
При сравнительном анализе полученных графических зависимостей и аналитических расчетов по предлагаемым формулам, получаем, что результаты моделирования близки к реальным процессам.
Время дополнительного простоя вагонов на попутных технических станциях в связи с перецепкой групп вагонов зависит от технического оснащения станции, числа путей для накопления составов и отдельных групп вагонов, от числа отцепляемых и прицепляемых вагонов, информационного обеспечения /85/.
Экономически выгодные варианты объединения вагонов в поезда определяются в зависимости от вагонопотоков: Ля -"ядро" групповых поездов (транзитный поток для станции перецепки); No - отцепляемый вагонопоток (со станции формирования на станцию перецепки); Мп -прицепляемый вагонопоток (со станции перецепки на станцию назначения). Технология формирования и переработки групповых поездов должна содержать рациональный порядок размещения групп и организации маневров с поездами, исключающих длительные задержки подготовленных групп в ожидании отправления: -обеспечения периодов накопления групп интервалам поступления групповых поездов; -непрерывное планирование образования вагонопотока на станциях замены групп в потребных размерах и включения в поезд всех вагонов соответствующего назначения, поступивших до его прибытия на станцию.
Наибольшую эффективность групповые поезда обеспечивают при обмене групп вагонов разных назначений на безгорочных участковых станциях. Формирование групп на станциях перецепки и их подготовка в техническом и коммерческом отношении, выставление на выделенные технологическим процессом пути должно производиться до прибытия поезда.
Перецепка вагонов на сортировочных станциях практически не применяется в связи с возникающими в этом случае дополнительными затратами на работу маневрового локомотива на расформирование отцепляемой группы на вытяжном пути или ее перестановку в парк прибытия для роспуска с горки.
Особая сфера применения групповых поездов - их использование при следовании с отцепкой или пополнением на ближайшей станции, когда ядро состава дополняют до полной массы вагонами, подобранными в отдельную группу. Это экономит вагоно-часы простоя на станциях, ускоряет продвижение вагонов по участку, но ухудшает такой качественный показатель, как производительность локомотива, поэтому применение таких поездов эффективно только при переломе массы или длины состава.
Для определения времени технологических операций можно применить ситуационно-эвристический метод нормирования /86, 87/. Нормирование времени на технологические процессы выполняется не по средним технологическим нормам, а рассчитывается оперативно для каждого отдельно взятого процесса в зависимости от сложившейся ситуации и влияющих факторов. Для этого разрабатываются расчетные схемы станций, намечается оптимальная технология маневровой работы, определяются влияющие факторы для каждого технологического процесса, а также собираются отчетные данные наблюдений и формируются массивы опыта.
Формирование поездов различных категорий в зависимости от поступающего вагонопотока
Моделирование поездообразования на полигоне предусматривает расчет и оценку вариантов назначения поездов в соответствии с базовым нормативным планом формирования, а также с учетом следующих оперативных решений: - назначение одногруппных поездов вместо групповых и наоборот; - выбора сочетаний групп в групповые поезда из числа допустимых; - выбора пути следования поезда по параллельным ходам, если возникли проблемы для его прохождении по кратчайшему пути.
Текущие планы составляются по полигонам подразделений дороги. Ответственным лицом за их разработку является руководитель диспетчерской смены подразделения (дежурный по району управления или дежурный по направлению в едином центре диспетчерского управления перевозками, дежурный по отделению дороги) /97/. Координирует и утверждает текущие планы руководитель диспетчерской смены дороги,
В настоящее время созданы и функционируют автоматизированные системы управления сортировочными станциями, но большинство из них создавались на вычислительных машинах, которые уже выработали свой ресурс. Эксплуатируемые системы разрабатывались как информационные (Visual Fox Pro 6.0, SQL) /54/, а не управляющие и носили локальный характер, направленный на получение оптимума внутри станции.
Задачу по разработке оптимальной системы организации вагонопотоков для полигона дороги целесообразно решать путем автоматизации расчета внутридорожного плана формирования поездов. 3.1. Моделирование процесса формирования составов при изменении входящего потока
Теория управления, так же как и исследование операций, была одним из источников идей и методов, на базе которых возник современный системный анализ. Она являлась первой научной дисциплиной, целиком направленной на развитие методов принятия решений /98/. Универсальных методов сравнения и оценки возможных вариантов управления нет. Предположим мы имеем некоторое множество технически реализуемых управлений. Всегда в нашем распоряжении есть исходный критерий, но поскольку возможные управления не являются оптимальными, то для одной области значений (л 0,О " Дно из управлений может оказаться лучшим, то для другой же области значений (ж,, /,) лучшим может оказаться другое управление /99,100/.
Для эффективного решения задачи оперативной корректировки необходимо построить модель динамической системы организации вагонопотоков на заданном интервале планирования Т. Цель создания такой модели состоит в том, чтобы принимать поступающий вагонопоток на сортировочную станцию, перерабатывать его и формировать поезда в соответствии с установленным планом формирования или при изменении мощности вагонопотока производить корректировку.
Для решения задачи совместного расчета одногруппных и групповых поездов были построены три модели позволяющие: - определить возможность отправления поездов в зависимости от состояния парков станции; - сформировать варианты объединения назначений; - рассчитать оптимальный вариант организации вагонопотоков в зависимости от эксплуатационных расходов.
Описанные выше модели представляют собой задачи линейного целочисленного программирования /101,102,103,104, 105/. Для решения задач в системе алгебраического моделирования GAMS /106, 107/ составлена программа и протестированы некоторые примеры. Система GAMS представляет собой удобный для формальной записи различных оптимизационных моделей язык программирования, специально предназначенный для работы с различными коммерческими вычислительными пакетами. Для решения задачи применялся пакет OSL, разработанный в IBM Optimization Laboratory.
Описание внутридорожного плана организации вагоноиотоков
Наиболее часто, при анализе хозяйственной деятельности используется метод обособленного изучения частичных показателей.
Для того, чтобы исключить произвольную последовательность рассмотрения влияния частных показателей на величину обобщающего, теория статистики рекомендует определенную очередность их анализа. Этот метод, названный методом цепных подстановок, используется для разложения суммарного отклонения сложного показателя по факторам.
Учитывая, что предлагаемые оценки предназначены, главным образом, для оказания помощи оперативным работникам в применении эффективных управленческих решений, наиболее применим метод простого элиминирования.
Величина оценки по этому методу находится как разность между новой величиной сложного показателя и его базисной величины /113,114/. где AT - оценка влияния изменения частного показателя на величину обобщающего показателя; величина обобщающего показателя соответственно при изменении частного показателя и в исходном базовом варианте.
В качестве базового варианта примем действующий нормативный внутри дорожный план формирования поездов, а в качестве его изменения -план формирования после корректировочного расчета.
Очевидно, что сами частные показатели, в свою очередь? зависят от многих факторов. Поскольку уровень частных показателей, формирующих частные показатели, зависит не только от объективных факторов, но и в значительной степени от качества расчета, знания оценок их влияния на обобщающие показатели, а отсюда па план формирования в целом, эксплуатационные расходы, доходы и прибыль имеет большое значение для выработки в оперативной деятельности наиболее эффективных управленческих решений.
В условиях дефицита вагонного парка улучшение его использования высвобождает ресурсы для освоения дополнительного объема перевозок и, следовательно, более полного удовлетворения потребностей народного хозяйства в перевозках. При ухудшении показателей использования подвижного состава предполагается, что план перевозок не будет обеспечен необходимым парком вагонов, следовательно, окажется не выполненным. Увеличение объема перевозок влечет за собой соответствующее изменение доходов железных дорог.
Оценку влияния изменения показателей использования подвижного состава на эксплуатационные расходы целесообразно осуществлять с помощью метода расходных ставок, который базируется на зависимости расходов от объема работы, выраженного в различных измерителях. Более подробно методика расчета была изложена в главе 2. На полигоне Восточно-Сибирской железной дороги был проведен корректировочный расчет внутридорожного плана формирования.
Расчет плана формирования и выбор оптимального варианта в основном зависит от мощности струй вагонопотоков. Одним из основных вопросов при значительных суточных, месячных и сезонных колебаниях размеров струй вагонопотоков следует считать установление расчетных величин вагонопотоков, что было выполнено в главе 3.
