Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи
1.1. Обзор литературы по теме исследования 6
1.2. Опыт работы отечественных и зарубежных железных дорог по формированию и пропуску групповых поездов 16
1.3. Структура и характер групповых поездопотоков 23
1.4. Постановка проблемы, цель, задачи и методы исследования 29
Выводы по главе 1 30
Глава 2. Исследование закономерностей изменения нормативов плана формирования групповых поездов
2.1. Статистическая обработка величин прицепляемых и отцепляемых групп в поездах 32
2.2. Статистическая обработка интервалов поступления вагонов на пути сортировочного парка 43
2.3. Оценка влияния различных факторов на величину параметра накопления 49
2.4. Время накопления транзитных групп 57
2.5. Влияние путевого развития станции на продолжительность маневровых операций с групповыми поездами 65
2.6. Организация работы станции обмена групп при отсутствии заблаговременной подготовки прицепных групп до прибытия групповых поездов 81
Выводы по главе 2 84
Глава 3. Методика определения переменных нормативов для расчета плана формирования групповых поездов
3.1. Описание модели поездообразования 88
3.2. Планирование эксперимента при оценке параметра накопления на станции формирования 95
3.3. Планирование эксперимента при оценке параметра ожидания по станции перецепки 111
Выводы по главе 3 124
Глава 4. Экономическая целесообразность организации движения групповых поездов
4.1. Определение эксплуатационных расходов при различных вариантах плана формирования поездов 127
4.2. Сферы эффективного применения групповых поездов 140
4.3. Влияние дальности назначений при формировании групповых поездов на изменение суммарных эксплуатационных расходов 145
Выводы по главе 4 150
Основные выводы и рекомендации 152
Литература 154
Приложения 165
- Опыт работы отечественных и зарубежных железных дорог по формированию и пропуску групповых поездов
- Статистическая обработка интервалов поступления вагонов на пути сортировочного парка
- Планирование эксперимента при оценке параметра накопления на станции формирования
- Влияние дальности назначений при формировании групповых поездов на изменение суммарных эксплуатационных расходов
Введение к работе
Железнодорожный транспорт в Российской Федерации имеет исключительно важное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке пассажиров. На его долю приходится более 75 % грузооборота и 40 % пассажирооборота, выполняемого транспортом общего пользования.
В соответствии со Стратегической программой развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2010 года главными технологическими принципами перевозочного процесса должны стать:
организация работы железнодорожной сети без внутренних границ и стыков между железными дорогами и отделениями;
работа единым парком поездных локомотивов нескольких дорог на удлиненных полигонах обращения;
- унификация веса и длины грузовых поездов на основных
направлениях;
- автоматизированный пономерной и пооперационный учет дислокации
подвижного состава дорог в реальном режиме времени;
- категорирование железнодорожных линий и основных объектов
железных дорог;
единое информационное пространство на всей сети железных дорог ОАО «Российские железные дороги»;
оптимальное резервирование производственных мощностей;
- оптимизация графика движения и плана формирования поездов с
учетом экономических приоритетов организации и пропуска вагонопотоков,
а также организации скоростного и высокоскоростного пассажирского
движения;
- управление вагонопотоками и грузопотоками на транзитных
транспортных коридорах сети, на подходах к портам и пограничным
переходам в увязке с их технологиями и пропускными способностями;
- электронный документооборот.
Ключевым аспектом организации перевозочного процесса является оптимизация распределения вагонопотоков по назначениям плана формирования поездов.
От организации вагонопотоков зависят показатели использования поездных и маневровых локомотивов, степень использования сортировочных устройств и путевого развития станций, выполнение нормативов эксплуатационной работы.
К оптимальной системе организации вагонопотоков предъявляются требования обеспечения высокого уровня транзитности, уменьшения непроизводительных переработок вагонов на сортировочных станциях.
Своевременность выполнения перевозки (обеспечение срочности) и сохранности перевозимых грузов играют важную роль в условиях конкуренции. Соблюдение этих показателей на требуемом уровне обеспечивает рост спроса на железнодорожные перевозки и повышение доходов.
Гарантия срочности доставки грузов на перспективу будет обеспечиваться за счет системных мер по организации эксплуатационной работы, в т.ч.:
ускоренного пропуска и обработки вагонопотоков (прежде всего, груженых за счет их концентрации на технически высокооснащенных ходах);
повышения транзитности вагонопотоков ( увеличение маршрутного и вагонного плеча, исключения неоправданных переформирований поездов, формирования групповых поездов, исключающее необходимость их переформирования на сортировочных станциях).
На основании вышеизложенного можно утверждать, что проблема организации вагонопотоков в групповые поезда является безусловно актуальной и направлена на повышение эффективности работы всей железнодорожной транспортной сети.
Опыт работы отечественных и зарубежных железных дорог по формированию и пропуску групповых поездов
За последние два десятилетия на железных дорогах развитых стран мира и, в первую очередь в США, большое внимание уделяется групповым поездам. После отправительских и технологических маршрутов наиболее эффективной формой в организации перевозочного процесса считается подборка групп вагонов и продвижение их в групповых поездах. Очевидно, что этот вопрос в современных условиях развития рыночных отношений на Российских железных дорогах также должен приобрести актуальность, поскольку он в значительной мере способствует ускорению доставки грузов клиентам и получению дополнительной прибыли.
Так в статье В.Пегза [94] обстоятельно описывается развитие маршрутизации в Польше, особенно на Катовицкой дороге, обслуживающей важнейший промышленный центр страны. В ней, в частности, сообщается о приоритете пропуска групповых поездов и применении в отношении данных маршрутов пониженных провозных тарифов. Благодаря этому оборот вагона на Катовицкой железной дороге снизился с 3.25 до 2.59 суток, ликвидированы сбои в работе сортировочных станций.
В американской печати постоянно подчеркивается большая заинтересованность клиентуры в маршрутах. Во-первых, при перевозках в маршрутах тарифы значительно ниже, в связи с этим, как отмечает Ч.А.Тафф в своей книге об организации транспортных перевозок в США [112], в этой стране широко практикуется объединение грузоотправителей, отправляющих свои грузы в общие назначения, для укрупнения отправок, в том числе до маршрута, с целью извлечения получаемой при этом выгоды за счет более низких тарифов.
С другой стороны, еще большие выгоды получают от маршрутизации железные дороги. По сообщениям печати, железные дороги США увеличили свою конкурентную способность и получают большие доходы - прежде всего в связи со снижением эксплуатационных расходов за счет формирования и пропуска групповых поездов [81].
Следует также отметить, что в Соединенных Штатах Америки в общих расходах на развитие железнодорожного транспорта наибольший удельный вес занимают затраты на модернизацию старых сортировочных станций [9,26,79,82,89]. Это дает возможность концентрировать переработку вагонопотоков на небольшом числе хорошо оборудованных сортировочных станций и тем самым ускорить продвижение групповых поездов, снизить стоимость перевозок, сократив при этом обслуживающий персонал и количество маневровых локомотивов.
Именно это в свое время побудило и руководство национального общества железных дорог Франции взамен ранее существующих 70 сортировочных станций сохранить в последующий период всего лишь 40 основных станций, превратив остальные в обычные участковые [112]. Весьма характерным для зарубежных железных дорог, является применение . преимущественно станций одностороннего типа со значительным количеством (50-70) путей в сортировочном парке. Особо следует отметить, что односторонние схемы применяются не только при сооружении новых станций. Односторонние станции сооружались за последнее время также во Франции (Жеврей, Вильнев, Сен-Жермен-о-дор и др.), в Англии (Торнтон), Бельгии (Шербек) и других странах [82].
Таким образом, в последние годы на железнодорожном транспорте зарубежных стран ясно определилась тенденция отхода от преимущественного развития сортировочных станций по двусторонним схемам, что было характерно ранее. Тем самым, наилучшие технологические условия для переработки вагонопотоков и формирования групповых поездов создаются на сортировочных станциях, построенных по схеме с последовательно расположенными парками приема, сортировочным, отправления. Наличие специального транзитного парка дает возможность разделить прием и отправление транзитных и перерабатываемых вагонопотоков. Достаточно развитые горловины парков, длинные (на состав) вытяжные пути обеспечивают поточность и необходимую маневренность на станции.
Однако таких станций у нас явно недостаточно, многие существующие сортировочные станции России построены по типовым схемам. Одна треть станций имеют по два сортировочных комплекта, а 65% станций построены по односторонней схеме. На 7% станций при наличии нескольких парков не обеспечивается поточность операций по переработке вагонов.
Трудно также разобраться с проблемой дефицита путевого развития сортировочных станций. Вопросы усиления технического оснащения станций, разработки их рациональных схем, а также установление оптимального путевого развития в условиях неравномерности движения изложены в трудах В. Н. Образцова, И. П. Бартенева, И. Г. Тихомирова, В. М. Акулиничева, А. В. Быкадорова, Е. А. Сотникова, Н. В. Правдина, В. Я. Негрей, Н. И. Федотова, Н. Н. Шабалина, В. Я. Болотного, В. К. Ивашкевича, Н. К. Сологуба, и др. Нехватка станционных путей была и остается, по мнению многих специалистов, ахиллесовой пятой нашего железнодорожного транспорта. В 1914 г. по показателю «Отношение развернутой длины станционных путей к эксплуатационной длине сетей» (43%) Россия уступала многим европейским странам. В послереволюционные годы этот показатель неуклонно улучшался и к 1940 г. достиг 48.5%, причем увеличение его протекало более интенсивно, чем расширение самой сети. За период 1928 по 1940гт. эксплуатационная длина пути увеличилась примерно на 40%, в то время как прирост развернутой длины станционных путей составил почти 63%. В послевоенные годы наращивание путевого развития станций позволяло довести отношение развернутой длины станционных путей к эксплуатационной длине сети до 50% (1963), а концу 60-х годов достигла 55%. Однако путевого развития на станциях по прежнему не хватает [28,82].
Статистическая обработка интервалов поступления вагонов на пути сортировочного парка
Для построения модели накопления одногруппных и групповых поездов, необходимо исследовать закономерности распределения интервалов поступления вагонов на пути сортировочного парка (СП). В зависимости от характера поступления вагонов, можно выделить следующие основные схемы процесса накопления : равными группами через одинаковые промежутки времени; различными группами через неодинаковые промежутки времени. Первая схема достаточно полно изучена, вторая - наиболее характерная в практике работы станций - исследована не полностью. Применение методов теории вероятностей к аналитическому описанию процесса накопления позволило изучить отдельные закономерности составообразования и учесть их влияние на затраты вагоно-часов. Мнение о том, что за продолжительный период неравномерность подхода групп по величине и по времени не влияет на затраты вагоно-часов на накопление и компенсируется равновероятностными событиями, не имеет достаточных оснований. Неравномерность процесса накопления постоянна и ее влияние на затраты вагон-часов нельзя уменьшить только оперативным воздействием. Реальный процесс накопления характеризуется тем, что составы накапливаются из различных по величине групп, прибывающих через неодинаковые промежутки времени U. Практический интерес при изучении входящего вагонопотока представляют два аспекта: функция распределения длительности интервалов поступления вагонов на пути СП; распределение вероятностей поступления определенного числа вагонов в заданном промежутке времени. При введении некоторых ограничений на аппарат обслуживания, входящий поток можно описать с помощью функции промежутки времени; к - число прибывающих поездов; Pk(t,a) - вероятность прибытия к 0 поездов за промежуток (t,a).
Поток будет являться стационарным, если закон его распределения зависит от числа ti, но не зависит от а. Следовательно, вероятностный режим потока с течением времени не меняется. Вероятность появления к вагонов в интервале t зависит только от к и самого интервала (t,a), т.е. Pk(t,a), и не зависит от а. Согласно [6], под математическим описанием стационарности потока будем понимать прибытие к поездов с равной вероятностью в интервале (t, а) при любом t 0 и целом к 0. Для дальнейших выводов обозначим эту вероятность Pk(t). Если для прибывающего вагонопотока за конечный промежуток времени с вероятностью, равной единице, происходит лишь конечное число событий, то справедливо соотношение j LPkitj l. Поэтому прибывающий вагонопоток на станцию можно считать с удовлетворительной степенью точности стационарным только в интервалах времени, достаточно удаленных от начального момента. В дальнейших исследованиях, с целью установления закона распределения интервалов расформирования, был проанализирован соответствующий статистический материал. Была проведена выборка данных из 3000 сортировочных листов по станции Иркутск-Сортировочный. На основе статистических рядов, полученных после упорядочения и уплотнения первичных данных, были установлены основные характеристики статистического распределения. Параметры, полученные путем обработки статистического материала, представлены в таблице 2.2.1. По результатам проведенного анализа по полученным статистическим характеристикам [табл.2.2.1], а также внешнему виду гистограммы (рис. 2.2.1) была выдвинута гипотеза о нормальном законе распределения.
Поскольку, случайной величиной являются интервалы расформирования - tu то функция распределения может быть выражена: Для исследуемых интервалов расформирования функция распределения будет иметь вид рис. 2.2.2. Для оценки степени близости теоретического распределения к статистическому были проверены критерии согласия. Проверка проводилась по критерию согласия Колмогорова. Используя схему применения критерия Колмогорова, было проведено сравнение известных значений накопленных частостей F„(N) с расчетными значениями интегральной функции теоретического распределения F(N) [прил.2.1]. По итогам анализа были найдены наибольшие значения D модуля разности между ними, по значениям которого были получены соответствующие значения вероятности Р(Х). Основные элементы расчетов сведены в таблицу 2.2.2. По результатам проведенного анализа было установлено, что колебание интервалов расформирования подчинено нормальному закону распределения. Анализ результатов обработки показывает, что среднеквадратическое отклонение интервалов расформирования o(t) составляет 0,445 часа, а коэффициент вариации v(t) равен 0.752. Причем между математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением существует определенная связь, которая характеризуется коэффициентом корреляции равным 0.954. Для установки связи между среднеквадратическим отклонением o(t) и математическим ожиданием интервалов расформирования вагонов M(t) использовались функции следующих видов: где а и Ъ - параметры, определяемые по методу наименьших квадратов. Результаты полученных расчетов и сравнение зависимостей представлены в таблице 2.2.3. В результате расчетов по каждой из вышеприведенных зависимостей следует, что наиболее точные результаты получаются по зависимости (табл. 2.2.3, рис. 2.3).
Планирование эксперимента при оценке параметра накопления на станции формирования
Важнейшей задачей методов обработки полученной в ходе эксперимента информации является задача построения математической модели изучаемого процесса. Ее можно использовать и при анализе процессов и при проектировании объектов. Молено получить хорошо аппроксимирующую математическую модель, если целенаправленно применяется активный эксперимент.
Другой задачей обработки полученной в ходе эксперимента информации является задача оптимизации, т.е. нахождение такой комбинации влияющих независимых переменных, при которой выбранный показатель оптимальности принимает экстремальное значение.
План эксперимента - совокупность данных, определяющих число, условия и порядок проведения опытов.
Планирование эксперимента - выбор плана эксперимента, удовлетворяющего заданным требованиям, совокупность действий, направленных на разработку стратегии экспериментирования (от получения априорной информации до получения работоспособной математической модели или определения оптимальных условий).
В процессе измерений, последующей обработки данных, а также формализации результатов в виде математической модели, возникают погрешности и теряется часть информации, содержащейся в исходных данных. Применение методов планирования эксперимента позволяет определить погрешность математической модели и судить о ее адекватности. Если точность модели оказывается недостаточной, то применение методов планирования эксперимента позволяет модернизировать математическую модель с проведением дополнительных опытов без потери предыдущей информации и с минимальными затратами.
Цель планирования эксперимента - нахождение таких условий и правил проведения опытов при которых удается получить надежную и достоверную информацию об объекте с наименьшей затратой труда, а также представить эту информацию в компактной и удобной форме с количественной оценкой точности.
Сущность метода состоит в том, что при проведении экспериментов происходит целенаправленное одновременное изменение (варьирование) всех входных факторов лг,- по специальному правилу - плану эксперимента. Предварительное планирование и проведение экспериментов по этим планам обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с классическими планами эксперимента и тем более классической методикой обработки пассивных экспериментов: резко сокращается число испытаний; вся схема исследования протекания процесса оказывается значительно формализованной. Исследования распадаются на логически связанные этапы; план эксперимента определяет четкую стратегию (последовательность действий), позволяющую принимать обоснованные решения после каждой серии опытов; процедура разработки математических моделей значительно упрощается; точность математических моделей (их адекватность результатам эксперимента) значительно повышается; разработанные математические модели позволяют глубже выявить механизм явления и определить оптимальные значения сразу всех факторов xt (т.к. они действуют на реальный процесс и изменяются одновременно), при которых значениях всех функций оптимизации у,- также оптимальны.
Действие неконтролируемых возмущающих параметров проявляется в том, что выходной параметр системы при известной совокупности управляемых и неуправляемых контролируемых входных параметров характеризуется неоднозначно. Для изучения объектов, в которых влияние случайных возмущающих параметров велико, используется обычно математический аппарат теории вероятностей.
При экспериментально-статистическом исследовании объекта связь между входными и выходными параметрами системы описывается полиномом. Для оценки коэффициентов полинома, аппроксимирующего действительную зависимость (функцию отклика), необходимо располагать статистическим материалом, характеризующим состояние системы в процессе функционирования. Эта информация может быть получена либо путем пассивного наблюдения за системой (пассивный эксперимент), либо путем активного вмешательства в функционирование системы и постановки опытов в определенных точках х„=( х1и ,Хги V-AW (U=1,2,...N) допустимой области пространства управляемых параметров. При незначительном влиянии неуправляемых входных параметров по сравнению с вводимыми возмущениями управляемых систему можно описать: ланирование эксперимента в основном сводится к выбору числа уровней факторов и определению уровня каждого фактора в опыте. Выбранное число уровней р в сочетании с числом факторов к определяют число возможных опытов п, которое равно N=pk. Если каждый опыт повторяется т раз, то число образцов соответственно равно тп. Число повторений т может быть выбрано по таблицам на основе задания допустимой ошибки и доверительной вероятности.
Вид функции отклика (линейная, степенная, логарифмическая и т.д.) или математическую модель объекта исследования устанавливают, исходя из физических представлений о самом объекте или на основе опыта предыдущих исследований.
При отсутствии таких сведений функцию отклика представляют в виде полинома. В простейшем случае выбирают полином первого порядка, линейный по всем переменным: где boubi - коэффициенты функции. Функция отклика несколько усложняется, если необходимо учитывать взаимодействие факторов.
В данной работе рассмотрено планирование эксперимента для исследования и оптимизации процесса накопления и формирования одногруппных и всех категорий групповых поездов.
При планировании эксперимента рассматривались все существенные факторы, которые могут влиять на изучаемый процесс. К факторам предъявлялись следующие требования: управляемость - возможность установления и поддержания фактора на выбранных условиях; независимость - возможность устанавливать фактор на выбранном уровне вне зависимости от уровней других факторов; совместимость - все комбинации факторов совместимы и безопасны. Однако, надо учитывать, что на отклик (выходной параметр) оказывает влияние довольно большое число других факторов, среди которых есть и неуправляемые.
Влияние дальности назначений при формировании групповых поездов на изменение суммарных эксплуатационных расходов
Значительное влияние на общие эксплуатационные расходы при пропуске групповых поездов оказывает удаленность станции назначения ядра групповых поездов от станции обмена групп. В связи с этим необходимо установить границы допустимой удаленности станций обмена групп от станций назначения ядра групповых поездов. Для этого проведем технико-эксплуатационное сравнение вариантов организации формирования и пропуска групповых поездов в зависимости от дальности следования и дальности расположения станции перецепки групп от станции ядра назначения. С этой целью рассмотрим различные варианты формирования поездов (Прил. 4.3), для которых проведем расчет годовых суммарных эксплуатационных расходов. Исходные данные для сравнения приняты следующие: 1. Средний состав поезда т=70 вагонов; 2. Нормы расчетной экономии для попутных станций Б и В t3K =6 часа, t3KB=5 часа; 3. Нормы продолжительности операций: ДТф=0.5 часа для групповых поездов, Тф=Тр=1 часу, Трг=ТфГ=Тобр=0.5 часа. По каждому варианту плана формирования поездов установим годовые суммарные эксплуатационные расходы, включающие в себя: годовые эксплуатационные расходы, связанные с простоем вагонов где Int - суммарные вагоно-часы накопления; eNt - единичная расходная ставка вагоно-часа простоя eNt=10.07руб; годовые эксплуатационные расходы, связанные с маневровой работой по станции формирования г EMt - маневровые локомотиво-часы; вмі - единичная расходная ставка локомотиво-часа eMt=403.42 руб; годовые эксплуатационные расходы, связанные с маневровой работой по станции перецепки; годовые эксплуатационные расходы, связанные с пробегом поездов по участку где L - протяженность участка, км; N- количество пар поездов; Згля - стоимость поездо-километра, руб. Стоимость поездо-километра определяется по формуле: эксплуатационные расходы, связанные с пробегом вагонов, руб.; где m - число вагонов в составе поезда Эти/ - эксплуатационные расходы, связанные с пробегом и простоем вагонов на станциях участка; где Ууч - участковая скорость движения, км/ч 3ZMS, 3 Mt - эксплуатационные расходы, связанные с пробегом и простоем локомотивов на станциях участка, руб.; где М - количество локомотивов в поезде где Эшсч-бр - эксплуатационные расходы, связанные с работой локомотивных бригад, руб.; где кл - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты времени локомотивных бригад; ЭгрШр - эксплуатационные расходы, связанные с тонно-километровой работой, руб.; где Рдок- вес локомотива, т; Qep - вес поезда, т. Э(Т) - эксплуатационные расходы, связанные с расходом топлива или электроэнергии где Нэ(Т) - норма расхода электроэнергии или условного топлива на 1000 т-км брутто. годовые эксплуатационные расходы, связанные с поездо-часами по станции перецепки где Эгм"ж - эксплуатационные расходы, связанные с вагоно-часами ожидания по станции перецепки. В соответсвии со всеми вышеизложенными формулами был проведен расчет годовых суммарных эксплуатационных расходов для вариантов плана формирования (прил. 4.4). Итоги проведенного анализа показали, что: 1. На направлениях, где густота вагонопотока возрастает, для организации групповых поездов необходимы большие потоки, чем на направлениях с одинаковой густотой потока. Так при N„=N0 двухгруппные поезда всегда выгоднее разборочных одногруппных независимо от размера вагонопотока; 2. На линиях, где густота вагонопотоков возрастает, при размерах потока до 2-5 составов целесообразнее формировать одногруппные разборочные поезда; 3.
На направлениях со схемой вагонопотока N„ N0 сквозные одногруппные поезда становятся эффективнее при меньших размерах общего потока (N 2m); 4. С увеличением мощности дальних струй вагонопотоков значительно уменьшаются затраты вагоночасов при вариантах, в которых не предусматривается переработка этих струй; 5. На направлениях, которые характеризуются возрастанием густоты вагонопотоков на одних участках и убыванием на других, целесообразно формирование групповых поездов без постоянного веса групп не прикрепленных к расписаниям, поскольку такой вариант дает наибольшую экономию эксплуатационных расходов; 6. Формирование групповых поездов без постоянного веса групп с обменом групп на второй попутной станции (станция Б) возможно в том случае, когда на этой станции имеется достаточный поток вагонов для пополнения поездов. Это возможно в тех случаях, когда отцепляемые от групповых поездов вагоны относятся только к одной струе, а вагоны другой струи назначением на станцию Б прибывают с поездами, поступающими в переработку. Для оценки влияния удаленности станции обмена групп от станции назначения ядра, были рассмотрены и проанализированы варианты плана формирования (прил. 4.6).
