Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка проблемы рациональной организации сетевых вагонопотоков в современных условиях 6
1.1. Развитие теории и практики расчета плана формирования одногруппных поездов 6
1.2. Расчетные вагонопотоки и технико-экономические нормативы сетевого плана формирования одногруппных поездов 14
1.3. Расчет сетевого плана формирования одногруппных поездов с одновременным выбором направлений следования вагонопотоков 19
1.3.1. Исходные требования 19
1.3.2. Расчетная сеть железных дорог 23
1.3.3. Расчетная сеть назначений 26
1.3.4. Математическая постановка задачи выбора рационального варианта сетевого плана формирования одногруппных поездов 33
1.4. Цель, структура и задачи исследования 38
Выводы по главе 1 42
2. Методика построения расчетной модели железнодорожной сети для рациональной организации одногруппных грузовых поездов 44
2.1. Принципы отбора станций для расчета сетевого плана формирования поездов 44
2.2. Расчетная модель железнодорожной сети участков и технических станций 51
2.3. Расчетные технико-экономические нормативы по станциям, выделенным для расчета плана формирования поездов 62
2.4. Расчетные технико-экономические нормативы по участкам 78
2.5. Принципы генерации расчетной сети допустимых назначений одногруппных поездов 81
Выводы по главе 2 88
3. Экспериментальное исследование системы автоматизированных расчетов сетевого плана формирования одногруппных грузовых поездов 91
3.1. Разработка расчетных вагонопотоков 91
3.2. Функциональные принципы построения программных средств 103
3.3. Настройка (уточнение) алгоритма решения. Порядок работы со штрафными функциями и накладки вагонопотоков на сеть назначений 106
Выводы по главе 3 115
4. Технология автоматизированной разработки сетевого плана формирования поездов 117
4.1. Сетевые расчеты, их результаты и эффективность 117
4.2. Основные принципы технологии автоматизированной разработки сетевого плана формирования 121
4.3. Пути развития системы 126
Выводы по главе 4 129
Заключение 130
Список использованной литературы
- Расчетные вагонопотоки и технико-экономические нормативы сетевого плана формирования одногруппных поездов
- Расчетная модель железнодорожной сети участков и технических станций
- Функциональные принципы построения программных средств
- Основные принципы технологии автоматизированной разработки сетевого плана формирования
Введение к работе
Устойчивая работа железнодорожного транспорта и экономика нашей страны тесно взаимосвязаны. Вместе с этим проводимые реформы на железнодорожном транспорте поставили ряд задач перед отраслью. Одной из важнейших проблем является снижение себестоимости перевозок, в которой система рациональной организации вагонопотоков занимает ключевую позицию.
Система организации вагонопотоков как на сетевом, так и на дорожных уровнях относится к числу важнейших технологических задач, от правильного решения которой зависит не только загрузка технических станций и участков сети, но и время доставки груза, что принципиально важно для работы сети железных дорог в современных рыночных условиях. Рациональная система организации вагонопотоков относится к числу проблем, теоретическому исследованию которой за последние шестьдесят лет посвящено значительное число работ. Однако до настоящего времени отсутствует методика и ее реализация на ЭВМ, позволяющая на сетевом уровне решать эту задачу комплексно, ускоряя продвижение вагонопотоков и улучшая показатели использования как технических станций, так и участков в их взаимодействии.
Указанные требования положены в основу предложений по развитию системы расчета сетевого плана формирования одногруппных поездов, разработанных в настоящей диссертации. Теоретическим базисом исследования послужили труды докторов технических наук А.А. Аветикяна, В.М. Аку-линичева, Е.В. Архангельского, А.П. Батурина, К.А. Бернгарда, А.Ф. Бородина, И.И. Васильева, СВ. Дуваляна, Н.Д. Иловайского, В.И. Ковалева, П.А. Козлова, В.А. Кудрявцева, Л.В. Одинцова, А.Т. Осьминина, Е.А. Сотникова, Е.М. Тишкина, Л.П. Тулупова, А.К. Угрюмова, В.Г. Шубко, доктора экономических наук В.А. Персианова, кандидатов технических наук В.К. Буяно-
5 вой, В.И. Васильева, Ф.С. Гоманкова, Г.А. Кутуковой, А.В. Кутыркина, Д.Ю. Левина, А.Ю. Папахова, А.И. Попова, Б. дел Рио, С.Г. Стопичева, В.Г. Саен-ко и других исследователей.
Целью настоящего диссертационного исследования является реализация новой методики по рациональной организации сетевых вагонопотоков в поезда по критерию денежных затрат.
На защиту выносятся следующие основные результаты исследования:
методика построения расчетной модели железнодорожной сети, включая принципы отбора станций для расчета сетевого плана формирования поездов и генерации множества допустимых назначений поездов;
методика определения расчетных вагонопотоков на базе информационных хранилищ отправочной и поездной динамических моделей;
принципы настройки алгоритма расчета сетевого плана формирования поездов на модель железнодорожной сети;
технология автоматизированной разработки сетевого плана формирования поездов в интерактивном режиме, объединяющая компьютерные расчеты с опытом и интуицией технолога.
Указанные результаты использованы Центром организации движения поездов ВНИИАС в разработке системы автоматизированных расчетов сетевого плана формирования поездов и порядка направления вагонопотоков. Технология расчетов утверждена ЦЦ МПС России. В рамках указанной системы выполнены расчеты сетевого плана формирования поездов. Результаты расчетов показали возможность снижения затрат, связанных с нахождением вагонов на технических станциях, их переработкой и продвижением по участкам, за счет концентрации работы на более мощных и экономически эффективных объектах инфраструктуры, увеличения транзитности и ускорения продвижения вагонных струй.
Расчетные вагонопотоки и технико-экономические нормативы сетевого плана формирования одногруппных поездов
Важнейшим вопросом разработки плана формирования поездов является порядок получения расчетных вагонопотоков. Ранее для этого использовались междорожная шахматка плана перевозок грузов, распределяемая по корреспонденциям между станциями по специальным коэффициентам, называемым «эталонами». «Эталоны» составлялись на основе обработки даных о фактической погрузке по форме ФО-4 «Отчет о грузах, принятых к отправлению и погруженных в вагоны» [94].
Развитие вычислительной техники позволило автоматизировать процесс составления расчетных вагонопотоков, перейти от разработки ваго-нопотоков по данным отчетов ФО-4 к интегрированной обработке дорожных ведомостей (ИОДВ) по отправлению и по прибытии. При этом [1] ежегодно перед расчетом сетевого плана формирования одногруппных поездов составлялись три плановые шахматки вагонопотоков между сортировочными станциями сети, включающие: 1) основные вагонопотоки, по которым ведется расчет сетевого плана формирования поездов; 2) маршрутизируемые (отправительские) вагонопотоки, которые исключаются из расчета плана формирования поездов по сортировочным станциям; 3) суммарные вагонопотоки, которые определяют размеры передачи вагонов по стыковым пунктам.
При этом данные ИОДВ не позволяли полностью учесть вагонопотоки в отправительских и ступенчатых маршрутах, а также те порожние вагоны в регулировку, которые следуют вместе с гружеными вагонами в поездах по плану формирования. Как отмечалось в [39], результаты расчетов оптимального плана формирования поездов не всегда могли быть использованы из-за неточности плановых вагонопотоков и недостаточного технического развития станций.
Для уточнения данных в части «съема» отправительской маршрутизации в ГВЦ предпринимались попытки задания «ценза», то есть минимальной мощности потока и объема погрузки однородного груза на станции для того, чтобы считать рассматриваемый поток маршрутизированным и исключить его из расчета плана формирования поездов на технических станциях [79].
В настоящее время в отрасли внедрены программные средства компании SAS для построения информационных хранилищ [95]. Работы по созданию таких хранилищ ведутся в ГВЦ [96] и ВНИИАСе. Хранилища данных отправочных, поездных и вагонных моделей уже позволяют решать ряд практических задач. Одной из таких задач должна стать разработка вагоно-потоков для расчета плана формирования поездов.
Развитию расчетных нормативов плана формирования поездов посвящены многочисленные исследования. Их детальный анализ дан в диссертации [97].
Решающее влияние на план формирования поездов оказывает величина норматива экономии от следования вагона без переработки через попутную техническую станцию Тэк. Расчетный норматив экономии приведенных вагоно-часов от пропуска вагонопотока через попутную техническую станцию без переработки [1] Тэк = 1эк + гв + гл, (1.4) где t3K - норма экономии вагоно-часов от пропуска вагонопотока без переработки на станции, ч; гв - эквивалент переработки вагонов (приведенная к стоимости 1 ваго но-ч экономия от сокращения переработки одного вагона), ч; гл - эквивалент экономии локомотиво - и бригадо-часов (приведенная к стоимости 1 вагоно-ч экономия от сокращения простоя локомотива и времени работы бригады на станции перецепки локомотивов от одних поездов к другим), ч.
В условиях высокой загрузки станций нормативы Инструктивных указаний [1] были направлены на повышение транзитности вагонопотоков. В [1] приведены таблицы постоянных t3K и переменных t3K в зависимости от величины перерабатываемого вагонопотока.
Расчетная модель железнодорожной сети участков и технических станций
Фрагменты сетевой модели участков и технических станций: а) УРЛБ; б) односторонняя сортировочная станция; в) двусторонняя сортировочная станция. сети необходимо взять все направления и участки (рис. 2.5), за исключением: 1) участков, которые не ведут к станциям, выделенным для расчета сетевого плана формирования поездов; 2) участков, закрытых для пропуска транзитных вагонопотоков согласно тарифному руководству №4; 3) соединительных участков, обходов узлов и параллельных путей следования, по которым транзитные вагонопотоки нецелесообразно пропускать из-за слабого технического оснащения (короткие приемо-отправочные пути на промежуточных станциях, низкие весовые нормы, низкая пропускная способность).
Между сетевыми станциями, выбранными для расчета, должны остаться только те варианты маршрутов следования, по которым могут следовать сквозные поезда унифицированного веса и длины.
Информация о схемах обращения локомотивов и локомотивных бригад содержится в интегрированной системе СЕТЬ, разработанной во ВНИИАС МПС России [106]. В соответствии с назначением комплекса задач в сеть УРЛБ должны включаться все УРЛБ транзитных поездов; УРЛБ сборных поездов в случаях отсутствия других поездов для передачи транзитного вагонопотока между заданными техническими станциями; УРЛБ вывозных поездов в случаях отсутствия других поездов для передачи транзитного вагонопотока между заданными техническими станциями.
Таким образом, при прокладке участков работы локомотивных бригад учитывались следующие особенности.
1. При наличии между двумя станциями, включенными в расчет сетевого плана формирования, различных вариантов проследования по действующим участкам работы бригад в расчетную сеть включается вариант следования по более длинным УРЛБ (например, на рис. 2.6,а, где А, В - сетевые сортировочные станции, Б - участковая станция, включается в модель участок работы бригад А - В и не включаются А - Б и Б - В. Короткие УРЛБ включаются в модель только тогда, когда нужно обеспечить следование ва-гонопотока на примыкание (рис. 2.6,6).
2. Не накладывались плечи работ локомотивных бригад на расчетную сеть в том случае, если участок являлся малодеятельным и на нем действовали нормы веса и длины поездов, не позволяющие пропускать сквозные поезда унифицированного веса и длины. Например, на участке Свердловск-Сортировочный - Челябинск-Главный (через стыковой пункт Полевской) действуют низкие нормы веса и длины поездов, поэтому введены следующие участки работы локомотивных бригад Свердловск-Сортировочный - Каменск-Уральский и Каменск-Уральский - Челябинск-Главный (рис. 2.7).
3. Участки работы локомотивных бригад в направлении технических станций стран ближнего зарубежья прокладывались до выделенной приграничной технической станции. А российская приграничная техническая станция ставилась в однозначное соответствие станции ближнего зарубежья, выделенной для расчета.
4. Для двусторонних сортировочных станций входящие и выходящие расчетные участки прикреплены к конкретным сортировочным системам.
5. Станции Сызрань и Октябрьск (Куйбышевской ж. д.), Московка и Входная (Западно-Сибирской ж. д.) рассматриваются как двусторонние сортировочные станции. В связи с этим участки работы локомотивных бригад нанесены соответствующим образом.
6. Если между соседними станциями, внесенными в перечень сетевых, отсутствовал основной участок работы локомотивных бригад (в том числе для обеспечения пропуска транзитных поездов по обходам сортировочных станций в узлах), то в соответствии с методикой [107] вводился вспомогательный участок работы в соответствии со схемами представленными на рис. 2.8, с расчетом для них технико-экономических показателей по формулам, приведенным в табл. 1.3 [107].
В ходе исследования было выделено 691 станция смены локомотивных бригад, из них 209 станций смены локомотивов и локомотивных бригад. Такие станции не участвуют в расчете сетевого плана формирования од-ногруппных грузовых поездов, но их необходимо выделить для связывания между собой расчетных станций участками работы локомотивных бригад, число которых составило 1109.
Для выполнения расчетов сетевого плана формирования поездов на выделенных станциях необходимо произвести расчет технико-экономических нормативов их работы.
Для сетевых сортировочных станций расчет технико-экономических нормативов отдельно по каждой системе производился с помощью комплекса задач «Компьютерный паспорт сортировочной станции» [97]. Нормативы разработаны в соответствии с «Методикой определения расчетных нормативов плана формирования поездов на основе компьютерных паспортов станций», утвержденной ЦД МПС 16.06.97, по материалам, представленным железными дорогами. Расчетные нормативы по каждой системе сортировочной станции представлены следующими зависимостями: 1) технически допустимых размеров переработки на горке (на вытяжных путях безгорочной станции) NT от количества назначений формируемых поездов к; 2) расчетного времени нахождения на станции (в сортировочной системе) транзитного вагона с переработкой tnep (за вычетом простоя под накоплением, который учитывается отдельно), без переработки trp и их разности tnep — t от числа расформировываемых составов пр;
Функциональные принципы построения программных средств
Программные средства автоматизированного расчета сетевого плана формирования грузовых поездов должны иметь две основных подсистемы.
1. Подсистема оценки и анализа вариантов порядка направления вагонопотоков и плана формирования поездов на основе данных о груженых и порожних вагонопотоках (далее - подсистема оценки вариантов).
2. Подсистема совместной оптимизации выбора направления следования вагонопотоков и станций переработки с учетом веса грузовых поездов (далее - подсистема оптимизации).
Подсистема оценки вариантов предназначена для решения следующих задач:
1) прикрепление груженых и порожних вагонопотоков к назначениям плана формирования поездов, расчет мощности поездных назначений, загрузки станций и участков железнодорожной сети;
2) расчет натуральных и стоимостных показателей вариантов плана формирования грузовых поездов: действующего; с изменениями, предлагаемыми пользователем; рассчитанного подсистемой оптимизации; принятого к реализации на предстоящий плановый период;
3) сопоставление и анализ натуральных и стоимостных показателей вариантов плана формирования грузовых поездов;
4) проверка выполнения ограничений по техническому развитию железнодорожной сети и допустимому времени доставки грузов для анали зируемых вариантов плана формирования грузовых поездов.
Для оценки рассматриваемого варианта организации вагонопотоков определяются загрузки всех элементов сети для заданной шахматки вагонопотоков и плана формирования поездов. Для вычисленных загрузок рассчитываются функции удельных затрат по элементам сети и определяются стой мости проследования вагонопотоков по сети. Сумма этих затрат является оценкой данного варианта плана формирования.
Подсистема оптимизации предназначена для решения следующих задач:
1) выбор направления следования и станций переработки корреспонденции вагонопотоков, обеспечивающий снижение суммарных эксплуатационных расходов, связанных с накоплением и переработкой транзитных вагонов на технических станциях, с продвижением поездов по участкам и с операциями на станциях смены поездных локомотивов и локомотивных бригад;
2) учет выполнения ограничений по техническому развитию железнодорожной сети и допустимому времени доставки грузов в процессе распределения корреспонденции вагонопотоков.
В подсистеме оптимизации реализована следующая последовательность расчетов. На первом шаге прокладываются участковые потоки, которые определяют начальную загрузку станций и участков.
Далее осуществляется проверка выполнения достаточного условия для всех сквозных назначений; удовлетворяющие достаточному условию назначения включаются в план, для соответствующих им потоков определяются пути следования по УРЛБ и пересчитываются величины загрузок и затрат.
Остальные вагонопотоки упорядочиваются (способом, рассмотренным в п. 3.3) и далее рассматриваются в следующей последовательности.
Для каждого вагонопотока рассматривается сеть допустимых назначений. Каждому назначению, как включенному в план, так и потенциальному, соответствует дуга этой сети, имеющая оценку, равную стоимости проследования единицы данного вагонопотока в данном назначении с учетом штрафов за нарушения ограничений. На этой сети определяется оптимальный путь следования данного вагонопотока как по назначениям плана формирования, так и по сети УРЛБ. Для этого строится дерево путей минимальной стоимости. Все потенциальные назначения, по которым прошел опта мальный путь рассматриваемого вагонопотока, включаются в план формирования.
Затем пересчитываются загрузки станций и участков и зависящие от них величины удельных затрат на пропуск единицы потока по ребрам сети УРЛБ и сети назначений.
Если потенциальное сквозное назначение со станции I на станцию J включается в план, а вагонопоток со станции I на станцию J ранее уже был проложен по другим назначениям, то производится переключение этого вагонопотока в назначение I - J. При этом пересчитываются величины загрузок и затрат для старого пути при удалении величины потока, а затем для пути по введенному сквозному назначению при добавлении данного вагонопотока.
Результатом прокладки всех вагонопотоков является множество выбранных сквозных назначений плана формирования с прикрепленными к ним вагонопотоками и маршрутами следования как по назначениям, так и по сети УРЛБ.
Программные средства разработаны в Центре организации движения поездов ВНИИАС (авторы программ - канд. техн. наук О.А.Шумская, инженеры М.А.Пояркова и М.А.Агеева).
В результате работы программ заполняются следующие выходные формы: таблица 1 - Работа станций по плану формирования поездов; таблица 2 - Назначения поездов, формируемых станциями расчетного полигона; таблица 3 - - Характеристики назначений поездов, формируемых станциями расчетного полигона; таблица 4 - Использование мощности станций по допустимой переработке; таблица 5 - Использование мощности станций по числу назначений формируемых поездов;
Основные принципы технологии автоматизированной разработки сетевого плана формирования
В табл. 4.1 - 4.2 представлены результаты расчетов сетевого плана формирования одногруппных поездов по следующим вариантам. Вариант 1 - действующий. Вариант 2 - оптимальный без ограничений, рассчитанный на исходной сети допустимых назначений. Вариант 3 - оптимальный без ограничений, рассчитанный на исходной сети допустимых назначений, дополненной назначениями из шахматки вагонопотоков с мощностью корреспонденции более 100 вагонов/сут. Вариант 4 - оптимальный без ограничений, рассчитанный на сети допустимых назначений, составленной в соответствии с правилами, изложенными в п. 2.5. Вариант 5 - оптимальный с ограничениями на допустимое число назначений, рассчитанный на исходной сети допустимых назначений. Вариант 6 - оптимальный с ограничениями на допустимое число назначений, рассчитанный на исходной сети допустимых назначений, дополненной назначениями из шахматки вагонопотоков с мощностью корреспонденции более 100 вагонов/сут. Вариант 7 - оптимальный с ограничениями на допустимое число назначений, рассчитанный на сети допустимых назначений, составленной в соответствии с правилами, изложенными в п. 2.5. Вариант 8 - оптимальный с ограничениями на допустимое число назначений, перерабатывающую способность сортировочных систем, пропускную способность транзитных парков и участков при наивыгоднейшем сочетании штрафных коэффициентов (Х, = 5, А р = 4, А = 5, Х = 1), рассчитанный на сети допустимых назначений, составленной в соответствии с правилами, изложенными в п. 2.5.
Данные табл. 4.1 и 4.2 показывают сильное влияние расчетной сети допустимых назначений на результат расчетов. В группах вариантов без ограничений (варианты 2, 3, 4) и с ограничениями на допустимое число назначений (варианты 5, 6, 7) лучшие показатели имеют варианты, рассчитанные на сети допустимых назначений, составленной в полном соответствии с разработанными правилами.
Результаты подтверждают эффективность одновременного выбора направлений пропуска вагонопотоков и станций их переработки. Это позволяет рационально использовать мощности станций и участков в комплексе. За счет этого вариант 8 с более жесткими ограничениями имеет показатели лучше, чем вариант 7 с менее жесткими ограничениями, что было бы невозможно при расчете плана формирования на жестко заданных маршрутах следования вагонопотоков.
В сравнении с действующим вариантом в варианте 8, учитывающем все ограничения, в той или иной степени снижены затраты по всем элементам - переработка на станциях ЕЕпер, транзитный пропуск по станциям ІЕф, накопление на станциях Енак, пропуск поездов по участкам ЕЕуч. Это тоже было бы невозможно при расчете плана формирования на жестко заданных маршрутах следования вагонопотоков.
Рассмотренные результаты расчетов сетевого плана формирования поездов по новой методике показали принципиальную возможность снижения затрат, связанных с нахождением вагонов на технических станциях, их переработкой и продвижением по участкам, на 5-7% (что составляет 3,5 - 4 млрд. рубУгод) за счет концентрации работы на более мощных и экономически эффективных объектах инфраструктуры, увеличения транзитности и ускорения продвижения вагонных струй.
Окончательный выбор варианта сетевого плана формирования производится руководителями и специалистами - практиками с учетом их не формализованных знаний и требований. Для этого практическим работникам должна быть предоставлена технология автоматизированной разработки се тевого плана формирования поездов в интерактивном режиме, объединяю щая компьютерные расчеты с опытом и интуицией технолога.
Современный уровень развития информационных технологий предоставляет для решения задач организации вагонопотоков возможности: диалогового режима расчетов с управлением вычислительным процессом на основе анализа пользователем предварительно полученных результатов; максимального использования исходных данных, которые есть в других комплексах задач Автоматизированной системы организации вагоно V потоков (АСОВ) и смежных систем автоматизированного управления пере возками; обеспечения технико-экономического анализа разных вариантов плана формирования поездов (предлагаемых как пользователем, так и программой расчета плана формирования).
Разработка плана формирования поездов представляет собой многоконтурный интерактивный процесс, в котором участвуют различные эксперты на разных стадиях и уровнях принятия решений (рис. 4.1).
