Введение к работе
Актуальность темы. Создание диспетчерских центров и использование информационных технологий на железнодорожном транспорте создали предпосылки для оптимизации оперативного управления перевозочным процессом. Реализация этих возможностей необходима для более полного удовлетворения рыночного спроса на перевозки, повышения эффективности работы железнодорожного транспорта, успешной конкуренции на рынке железнодорожных перевозок и с другими видами транспорта.
Реальная эксплуатационная обстановка отличается и нередко существенно от нормативных условий разрабатываемых на длительный период плана формирования и графика движения поездов, технологических процессов работы станиий, а возникающие при этом трудности могут усугубляться неоптимально принимаемыми решениями оперативным персоналом. В деятельности диспетчеров значительную часть времени занимает фиксация прошедших или происходящих событий, которыми уже невозможно управлять. Часто планируемые ноездопотоки превышают пропускную способность участков, поступающие вагонопотоки больше перерабатывающей способности сортировочных станций, составов формируется больше, чем можно своевременно обеспечить локомотивами и локомотивными бригадами, местные вагоны поступают на станции выгрузки несвоевременно, вследствие чего грузовые фронты простаивают ь ожидании вагонов или вагоны - в ожидании подачи и т.д. Многие элементы перевозочного процесса управляются недостаточно оперативно.
Развитие диспетчерских центров, новые условия работы диспетчерского аппарата требуют создания новых принципов и технологии оперативного управления перевозками, обеспечивающих поддержание оптимальных условий работы с достижением высоких количественных и качественных показателей.
В настоящее время в сетевом и дорожных центрах управления перевозками (соответственно ЦУП и ДЦУП) реализована первая очередь их развития -информационно-справочная, в которой автоматизировано предоставление ин 4 формации диспетчерам. Это позволило региональным и дорожным диспетчерам получать информацию в реальном времени, но, как и прежде, они недостаточно участвуют в управлении перевозочным процессом. Для изменения характера их работы, необходимы обеспечение их прогнозной информацией о предстоящих событиях и создание принципиально новой технологии оперативного планирования и управления перевозочным процессом. Целью диссертации является разработка:
- концепции взаимодействия оперативного управления перевозочным процессом и информационных технологий, обеспечивающей переход от информационно-справочного режима работы диспетчерских центров к управляющему;
- теоретических основ и методов планирования и управления поездной и местной работой на основе моделирования элементов перевозочного процесса;
- методов регулирования насыщения участков поездами и распределения поездопотоков на разветвленных полигонах при интенсификации и оптимизации использования пропускной и провозной способности участков.
Объектами исследования являются технология и автоматизированные системы оперативного планирования и управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте.
Предмет диссертационного исследования составляют разработка и реализация научных методов оптимального управления сложной системой на примере перевозочного процесса на железнодорожном транспорте.
В соответствии с целью и задачами исследования на защиту выносятся:
- концепция автоматизации диспетчерского руководства:
• этапы развития диспетчерских центров,
• развитие автоматизированных рабочих мест диспетчеров,
• моделирование элементов перевозочного процесса;
- методология оптимизации процессов:
• управления поездной и местной работой, • оперативного планирования работы станций;
- технология диспетчерского руководства перевозочным процессом на всех уровнях управления;
- вопросы совершенствования эксплуатационной работы железных дорог.
Научная новизна диссертации состоит в обосновании, разработке и апробации теории оперативного управления перевозочным процессом, которая повышает эффективность оперативного управления за счет моделирования перевозочного процесса, адаптации к реальным событиям, прогнозирования, оптимизации, дополнительных рычагов управления. На основе проведенных исследований:
- установлено, что эффективно управлять такой сложной системой, как железнодорожный транспорт, можно только с помощью моделирования перевозочного процесса, которое позволяег оптимизировать условия движения поездов и повысить эффективность использования пропускной способности;
- предложены и разработаны показатели потока поездов: интенсивность движения, плотность потока поездов и насыщение участка поездами;
- определены закономерности движения поездов на участке и зависимости между скоростью потока поездов, интенсивностью и плотностью его движения;
- установлено влияние насыщения и перенасыщения участка поездами на интенсивность потока поездов;
- разработана методика оптимизации размеров движения на участке и числа «ниток» в графике движения исходя из минимизации времени нахождения поездов на участке и станции в ожидании отправления;
- установлено влияние изменения числа приемо-отправочных путей на станциях участка на максимальную интенсивность движения поездов;
- выявлено влияние несинхронности движения поездов на наличную пропускную способность участка и условия выполнения графика движения;
- разработана методика интенсификации поездопотока на однопутных линиях на основе увеличения непарности движения поездов; - разработана методика расчета оптимальной плотности потока поездов, при которой достигается максимальная провозная способность участка;
- установлено влияние различной доли соединенных поездов на пропускную и провозную способность направлений;
- установлены причины и выведено аналитическое выражение для расчета разрыва между фактической и теоретической наличной пропускной способностью участка;
- выявлено, что расчет пропускной способности участка надо производить не в разрезе, а на протяжении всего участка, при этом учитывать следование не отдельного (одиночного) поезда, а группы (потока) поездов; плотность потока (насыщение участка поездами); распределение скорости движения, интервалов между поездами и интенсивности потока;
- предложена методика расчета пропускной способности для разветвленного полигона сети железных дорог и распределения поездопотоков;
- обосновано использование сетевых моделей в оперативном планировании и управлении поездной работы, развитии пропускной способности линий;
- разработана методика оптимального уровня загрузки грузовых фронтов;
- предложена система оперативной корректировки плана формирования поездов, которая позволяет адаптировать его к реальной эксплуатационной ситуации и оперативно управлять формированием составов в соответствии с фактическим наличием локомотивов и локомотивных бригад;
- разработана методика определения оптимальной массы поездов исходя из тяговых возможностей, использования пропускной способности участков и организации вагонопотоков;
- разработана методика регулирования вагонного парка на основе разделения сети железных дорог на балансовые зоны по каждому роду порожних вагонов и суточные пояса вокруг пунктов массовой погрузки;
- разработаны модели управления резервом порожних вагонов с учетом различных условий; - разработана методика развоза местных вагонов исходя из создания оптимальных условий работы грузовых фронтов: своевременной и в установленном количестве подачи вагонов в соответствии с расписанием подач или режимом работы фронтов;
- разработана модель планирования и управления местной работой, использующая потоки на графах, упорядочивающая прибытие местных вагонов на станцию назначения, обеспечивающая максимально возможный размер выгрузки и определяющая требуемый для этого график поступления вагонов.
Практическая значимость:
- создана технология планирования и управления перевозочным процессом на основе моделирования, адаптации к реальной обстановке, оптимизации условий работы участков, станций и грузовых фронтов;
- доказана необходимость и разработана методология изменения характера работы диспетчерского аппарата: вместо фиксирования прошедшей работы-планирование и управление предстоящей;
- разработана методика оптимального насыщения участков поездами и распределения поездопотоков на разветвленных полигонах;
- обоснованы основные этапы развития диспетчерских центров;
- сформулирована этапность повышения веса поездов;
- внедрены новые принципы планирования составообразования, позволившие значительно увеличить глубину и достоверность планов;
- разработана система оперативного управления формированием составов и своевременного обеспечения их локомотивами и локомотивными бригадами;
- разработана автоматизированная система планирования и управления местной работой, исходя не только из наличия местных вагонов, но и создания оптимальных условий работы грузовых фронтов, позволяющая максимально использовать их выгрузочную способность.
Реализация работы отражена в следующих документах:
- Инструктивные указания по организации вагонопотоков на железных
дорогах СССР (утверждены МПС СССР 19.04.1982 Г.); - Методика определения экономической эффективности автоматизированных систем управления на железнодорожном транспорте (утверждена МПС СССР 11.06.1985 г.);
- Методические указания по организации перевозок грузов в специализированных вагонах (утверждены МПС СССР 5.06.1986 г.);
- Техническое задание на автоматизированную систему сменно-суточного планирования поездной и грузовой работы железной дороги и ее отделений (утверждено МПС СССР И.12.1986 г.);
- Положение о диспетчерском руководстве движением поездов (утверждено МПС 17.04.1989 г. № ЦЦ-4686);
- Методические рекомендации по повышению эффективности перевозок на основе улучшения транспортного обслуживания грузоотправителей и грузополучателей (утверждены МПС СССР 18.12.1989 г.);
- Техническое задание 18761946.17182.101.ТЗ. Автоматизированная сие тема управления перевозками грузов на железнодорожном транспорте. Центр управления перевозками МПС Российской Федерации (утверждено Министром путей сообщения РФ 7.02.2000 г.);
- Инструкция о порядке предоставления и использования «окон» для ремонтных и строительно-монтажных работ на железных дорогах Российской Федерации (утверждена МПС РФ 16.11.2001 г.№ЦД-862);
- Типовой технологический процесс работы сортировочной станции (утвержден МПС РФ 27.05.2003 г.);
- Положение о диспетчерском управлении движением поездов (утверждено ОАО «РЖД» 14.09.2005 г.).
Апробация работы. Результаты исследования и разработки обсуждались и получили одобрение на:
- III Всесоюзной конференции Академии наук СССР «Проблемы хозяйственного освоения зоны Байкало-Амурской магистрали» (Новосибирск, 1981 г.); - Научно-технической конференции ЦП НТО железнодорожного транспорта по вопросу повышения эффективности эксплуатационной работы железнодорожных направлений (Днепропетровск, 1981 г.);
- Научно-технической конференции ЦП НТО железнодорожного транспорта по вопросу совершенствования методов анализа эксплуатации железных дорог (Тюмень, 1982 г.);
- Научно-технической конференции НИИЖТ по вопросу повышения надежности и эффективности работы железнодорожного транспорта (Новосибирск, 1982 г.);
- Научно-технической конференции ЦП НТО железнодорожного транспорта по вопросу совершенствования организации местной работу на железных дорогах (Ворошиловград, 1983 г.);
- Первой Всесоюзной школе «Прикладные проблемы управления макросистемами» (Москва, 1985 г.);
- Отраслевой научно-технической конференции «Пути совершенствования перевозочного процесса и управления транспортом» (Гомель, 1985 г.);
- Совместном заседании Президиумов Центральных Правлений Научно-технических обществ горного и железнодорожного транспорта (Москва, 19.08.1986 г.);
- Всесоюзном научно-техническом семинаре Всесоюзного Совета Научно-технического общества, Государственного Комитета по науке и технике, Главного управления промышленного железнодорожного транспорта МПС «Совершенствование организации работы на промышленном транспорте» (Киев, 1986 г.);
- Расширенном заседании секции промышленного транспорта научно-технического совета Министерства угольной промышленности СССР с участием работников Госплана и Госснаба СССР, МПС, ВНИИЖТ и Центрогнпро-шахта «Опыт кооперированного использования технологического парка вагонов» (Макеевка, 1986 г.); - Отраслевой научно-технической конференции «Пути совершенствования разработки и организации выполнения графика движения поездов» (Ростов-на-Дону, 1987 г.);
- Отраслевой научно-технической конференции «Повышение эффективности диспетчерского руководства эксплуатационной работой железных дорог» (Ташкент, 1989 г,);
- Сетевом совещании главных инженеров службы перевозок железных дорог и заместителей начальника службы по АСУ (Голицьшо, 1999 г.);
- Сетевой школе по изучению опыта эксплуатации автоматизированных систем управления (Новороссийск, 2003 г.);
- Сетевой школе по изучению передового опыта и организации работы на автоматизированном сортировочном комплексе станции Бекасово-Сортировочное (Москва, 2004 г.);
• VI научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, 2005 г.);
- VII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, 2006 г.);
- VIII Международный форум «Высокие технологии XXI века» (Москва, 2007 г.);
- VIII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, 2007 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 84 печатные работы (из них 25 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), в том числе 3 монографии объемом 65 печатных листов и 8 брошюр.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, 13 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 372 страницы, в том числе 287 страниц основного текста, 75 рисунков, 16 таблиц, 194 наименования источников и 5 приложений на 38 страницах.
