Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Совершенствование методики технического нормирования эксплуатационной работы железных дорог с использованием математического моделирования 12
ГЛАВА 1. Обшая схема расчета технических норм показателей эксплуатационной работы 12
1.1. Формальная постановка задачи разработки технического плана эксплуатационной работы железных дорог 12
1.2. Показатели технического нормирования эксплуатационной работы 16
1.3. Технология разработки технических норм эксплуатационной работы 22
ГЛАВА 2. Математические модели планирования перевозок 26
2.1. Прогнозирование исходной «шахматки» корреспонденции 26
2.2. Формирование агрегированных «шахматок» корреспонденции ...31
ГЛАВА 3. Математические модели перевозочного процесса на сети железных дорог 36
3.1. Исходные предпосылки построения модели перевозочного процесса 36
3.2. Принципы формирования расчетного графа сети железных дорог 39
3.3. Математическая модель передвижения груженых вагонов на сети железных дорог 43
3.4. Обобщенный план прокладки струй груженых вагонов на сети железных дорог 47
3.5. Модель регулирования порожних вагонов на сети железных дорог 50
3.6. Моделирование размещения вагонных парков 60
ГЛАВА 4. Алгоритм балансировки вагонного парка на отделениях и дороге 65
4.1. Исходные предпосылки 65
4.2. Математическая постановка задачи 68
ГЛАВА 5. Особенности определения технических норм в новых условиях работы 75
5.1. Общие положения 75
5.2. Порядок определения погрузки, выгрузки, заданий по сдаче порожних вагонов из-под выгрузки для дорог (регионов) 78
5.3. Определение работы потребного рабочего парков вагонов 80
РАЗДЕЛ 2 Практическая реализация разработанных моделей для расчета эксплуатационных показателей работы железных дорог 83
ГЛАВА 6. Автоматизированная система технического нормирования показателей эксплуатационной работы дорожного уровня 83
6.1. Исходные предпосылки 83
6.2. Информационное обеспечение автоматизированной системы технического нормирования на дорожном уровне управления 85
6.3. Особенности технического нормирования на дорожном уровне управления 87
6.4. Автоматизация расчета показателей технического плана 108
ГЛАВА 7. Регулирование парка порожних вагонов на сетевом уровне 113
7.1. Исходные предпосылки ИЗ
7.2. Технология расчета плана регулирования порожних вагонов на сетевом уровне управления 113
7.3. Методика расчета погрузочных ресурсов 116
7.4. Исходная информация для решения задач регулирования порожних вагонов на сетевом уровне 121
7.5. Автоматизированная система регулирования парка порожних вагонов на сетевом уровне управления 122
7.6. Расчет вариантов плана передачи порожних полувагонов 128
ГЛАВА 8. Прогноз количественных и качественных показателей эксплуатационной работы сети на 2002-2003 годы 133
Заключение 141
Список использованных источников
- Формальная постановка задачи разработки технического плана эксплуатационной работы железных дорог
- Формирование агрегированных «шахматок» корреспонденции
- Математическая модель передвижения груженых вагонов на сети железных дорог
- Порядок определения погрузки, выгрузки, заданий по сдаче порожних вагонов из-под выгрузки для дорог (регионов)
Формальная постановка задачи разработки технического плана эксплуатационной работы железных дорог
Техническое нормирование на дорожном (региональном) уровне, предусматривает: - обеспечение выполнения задания на перевозку сетевых грузов, заказов на региональные перевозки грузов для региона в целом и по каждому отделению (опорному центру региона) - по установленной номенклатуре; - рациональное распределение вагонного парка по типу подвижного состава между отделениями (ОЦ региона) для региональных перевозок с учетом выполнения регулировочного задания верхнего уровня управления , максимального использования грузоподъемности и вместимости вагонов; - использование эффективных направлений движения с учетом на личной пропускной способности участков и перерабатывающей способно сти станций.
Для достижения перечисленных целей необходимо определить следующие показатели: 1. Погрузка на дороге (регионе) в вагонах, тоннах всего в том числе: по номенклатуре груза, по родам вагонов, по собственникам вагонов. 2. Выгрузка на дороге (регионе) в вагонах всего в том числе: по родам вагонов, по собственникам вагонов. 3. Сдача (прием) поездов (вагонов) по внешним стыкам дороги (региона). 4. Прием и сдача вагонов между отделениями дороги (опорными центрами) по стыковым пунктам: всего, в том числе: по родам вагонов, по собственникам вагонов. 5. Оборот вагона для региональных перевозок, в том числе: общего вагона, с подразделением по собственникам вагонов, по родам вагона, груженого (местного, транзитного) и порожнего. 6. Среднее время нахождения вагона для сетевых перевозок в регионе, всего, в том числе по направлениям с распределением: по собственникам вагонов, по родам вагонов, для груженых и порожних отдельно. 7. Рабочий парк грузовых вагонов в регионе, всего, в т.ч.: - порожний; - груженый (транзит, местный груз всего, местный груз «на себя»); - по категории перевозок (сетевых, региональных и районных); - по роду вагона; - по собственникам вагонов; - резерв. 8. Участковая скорость по региону: - по основным направлениям региона; - по диспетчерским участкам. 9. Маршрутная скорость по региону. 10. Эксплуатируемый парк локомотивов всего в т.ч. по: - основным направлениям; - диспетчерским участкам; - видам тяги.
Техническое нормирование на нижнем уровне предусматривает нормирование эксплуатационной работы для отделения (ОЦ) в целом и по каждой станции для обеспечения выполнения задания по: - техническому обслуживанию транзитных сетевых и региональных поездов; - развозу вагонов с сетевым и региональным грузом по станциям ; - погрузке и выгрузке; - формированию сетевых и региональных поездов для перевозки сетевых и региональных грузов; -обеспечения выполнения заказов на районные перевозки; -оптимизации местной работы на отделении (ОЦ), направленной на сокращение времени нахождения вагонов на отделении (ОЦ), обеспечение рационального использования тяговых и погрузочных ресурсов; -максимального использования грузоподъемности и вместимости вагонов; -минимизации эксплуатационных затрат в пределах отделения (ОЦ).
Для достижения перечисленных целей необходимо определить следующие показатели: - погрузка по всем станциям отделения (опорного центра) (в тоннах и вагонах) всего, в том числе по: видам перевозок, по грузоотправителям, по родам вагонов, по номенклатуре грузов, по собственникам вагонов; - выгрузка по всем станциям отделения (ОЦ) в вагонах всего, в том числе с подразделение по тем же позициям, что и погрузка; - статическая нагрузка - с подразделением по родам вагонов, по видам перевозок, по собственникам вагонов, по номенклатуре грузов; - прием поездов (вагонов), поступающих на отделение (ОЦ) по станциям всего, в том числе с подразделением на порожние и груженые; из них поездов (вагоны), поступающих: а) под выгрузку - для груженых, под погрузку - для порожних с под разделением по видам перевозок, по родам вагонов; б) в расформирование с подразделением по видам перевозок; в) с частичной переработкой с подразделением по видам перевозок; г) поезда (вагоны) без переработки с подразделением по видам пере возок. - отправление поездов (вагонов) - число отправляемых со станции поездов (вагонов) всего, в том числе: -по направлениям, -по родам вагонов, -своего формирования, - с подразделением по собственникам вагонов, видам перевозок, отдельно груженых и порожних; - рабочий парк вагонов на отделении (ОЦ) всего, в т.ч.: по родам вагонов с подразделением по собственникам вагонов, видам перевозок, отдельно груженых и порожних; - оборот вагона, обеспечивающего отделенческие (ОЦ) перевозки; - среднее время нахождения вагона для сетевых и региональных перевозок на отделении (в ОЦ) с подразделением по собственникам вагонов отдельно для груженых и порожних вагонов; - общий простой вагонов на технических станциях отделения (ОЦ) определяется по каждой станции отделения (ОЦ) с подразделением по соб 71 ственникам вагонов, видам перевозок, отдельно для вагонов с переработкой и без переработки; - простой вагонов под одной грузовой операцией с подразделением по собственникам и родам вагонов; - число маневровых локомотивов для обслуживания сборных, вывозных, диспетчерских поездов; - занятость маневровых локомотивов по времени; - число отставленных в резерв вагонов и изъятых из резерва. Для некоторой части показателей алгоритмы вычисления очевидны. Для большинства других требуется разработка специальных математических моделей, подробное описание которых приведено в последующих разделах диссертации.
Формирование агрегированных «шахматок» корреспонденции
Использование назначений плана формирования поездов позволяет непосредственно определить загрузку не только участков, но и технических станций, осуществляющих сортировочную работу. Назначение плана формирования включает в себя ряд участков от начальной до конечной станции. Один и тот же участок может входить в несколько назначений плана формирования поездов. Отметим также, что на каждом участке определено хотя бы одно назначение плана формирования поездов. Этим позволяет установить маршрут следования для любой корреспонденции.
Расчетный граф формально может быть представлен в виде таблицы из двух столбцов (трансформированной матрицы инциденций). В первом столбце перечисляются в каком-либо порядке узлы; во втором - для каждого узла перечисляются все звенья, примыкающие к соответствующему узлу. Чтобы более полно отразить структуру управления, на графе сети выделяются множества узлов, принадлежащих одной и той же дороге (региону). Эти множества будем обозначать через D[ (1-номер дороги). Множество станций, являющихся пограничными пунктами, обозначим через П. Если в корреспонденции перевозки грузов станция отправления или станция назначения принадлежат множеству П, то это означает, что вагон погружен (выгружен) за пределами РЖД.
Описываемая ниже модель передвижения груженых вагонов предназначена для верхнего уровня управления перевозками. Основной задачей, которая решается с помощью модели, является установление маршрутов следования каждой корреспонденции грузов. Установить маршрут следования грузовых вагонов какой-нибудь корреспонденции - это значит определить совокупность элементов сети, которые последовательно будут участвовать в выполнении всех основных операции перевозочного про 44 цесса от станции погрузки (приема груза с других видов транспорта или железных дорог других государств) до станции выгрузки (передачи груза на другие виды транспорта или железные дороги других стран).
В главе 2 было показано, что каждая перевозка задается в виде корреспонденции следующего вида: Q(i,j,p,q,s,c) . План перевозок строится таким образом, что в одни и те же поезда могут быть включены перевозки с различными значениями p,q,s,c. Задача выбора оптимальных маршрутов следования для корреспонденции (на графе: станции-участки) формально может быть представлена как многопродуктовая задача линейного программирования. В качестве одного вида продуктов выступает элемент «шахматки» корреспонденции.
Математическая запись задачи в сетевой форме имеет следующий вид: стоимость перевозки по звену ij, N -число строк в матрице перевозок, А; -совокупность звеньев, выходящих из вершины І, В; -совокупность звеньев, входящих в вершину І, Dy - пропускная способность звена ij. Qi(n) - количество вагонов, погруженных в вершине і. QI(B) -количество вагонов, выгруженных в вершине І. Для такого рода задач разработаны строгие алгоритмы их решения [22, 23]. Однако вследствие большой размерности задачи использование стандартных алгоритмов решения практически нецелесообразно. Поэтому для нахождения маршрутов следования и загрузки элементов сети предлагается эвристический алгоритм, обеспечивающий приближенное решение. Основные блоки алгоритма представлены нарис. 3.2.
Перед построением кратчайших маршрутов на расчетном графе необходимо установить стоимость передвижения вагона по каждому звену, которая зависит от множества факторов. Для определения этой стоимости разработан ряд методик [17, 18, 19, 20, 21] . Необходимо отметить, что удельная стоимость перевозки грузов на звене (участке) существенно зависит от суммарной загрузки этого звена. Аналогичная картина наблюдается и для станций железнодорожной сети. Фактическая загрузка элементов железнодорожной сети определяется в процессе выбора маршрутов следования всех корреспонденции. Заранее предугадать окончательную величину загрузки участков железнодорожной сети невозможно. Поэтому возникает необходимость итерационных пересчетов кратчайших маршрутов.
Пересчет стоимости может производиться различными путями: либо после наложения очередной корреспонденции на сеть, либо после наложения корреспонденции, выходящих из одного узла, либо после наложения всех корреспонденции.
Построение кратчайших маршрутов осуществляется одним из алгоритмов, достаточно подробно описанных в технической литературе [25, 26, 27]. Все алгоритмы базируются на идеях динамического программирования. В большинстве алгоритмов дерево кратчайших маршрутов строится от одного узла до всех остальных узлов сети одновременно. Результатом построения дерева кратчайших маршрутов является таблица (табл. 3.2), в которой для каждого узла сети указана стоимость маршрута и предшествующий узел кратчайшего маршрута.
Математическая модель передвижения груженых вагонов на сети железных дорог
Норма выгрузки на регионах корректируется при определении регулировочных разрывов по регионам, учитывающих при необходимости устранение избытков вагонов с местным грузом, парка порожних вагонов, перемещение резерва вагонов между регионами.
Нормы выгрузки определяются, как и нормы погрузки, по общему виду вагонов и по родам подвижного состава с разбиением каждого из перечисленных показателей по категориям принадлежности и выделением вагонов с сетевыми грузами, т.е. ввозимых на регион с других регионов.
Выделение выгрузки сетевых грузов позволяет по разнице между общей выгрузкой и выгрузкой сетевых грузов, т.е. по выгрузке региональных грузов, оценивать организацию внутри региональных перевозок.
Нормы регулировочных разрывов по регионам (разница между нормами погрузки и выгрузки) задаются также по родам вагонов с учетом категории их принадлежности. При расчете нормы выгрузки и нормы регулировочного разрыва для каждого региона требуется чтобы: - в целом по сети сумма регулировочных разрывов по регионам со знаком «+» и знаком «-» была равна разнице между планируемыми приемом и сдачей порожних вагонов сетью РЖД, (т.е. по пограничным стыкам); - по дорогам (регионам) сумма плюсов и минусов в регулировочных разрывах по каждому роду подвижного состава совпадала с регулировочным разрывом в целом; - аналогично, сумма плюсов и минусов в регулировочных разрывах по каждой категории принадлежности внутри одного рода вагонов равнялась регулировочному разрыву в целом по данному роду вагонов для каждой дороги.
Нормы сдачи дорогами порожних вагонов из-под выгрузки определяются отдельно для каждого рода вагонов (по 12 родам подвижного состава) с разбиением по категориям принадлежности (РЖД, собственные, арендованные, страны СНГ и Балтии). Эти нормы устанавливаются исходя из сводного заказа на перевозки и размеров выгрузки по регионам.
На основе норм сдачи порожних вагонов по регулировочному заданию и направления их следования составляется рациональная схема перемещения порожних вагонов с разбиением каждого рода подвижного состава по собственникам (РЖД, собственные, арендованные, странам СНГ и Балтии).
Нормы передачи порожних вагонов определяются отдельно для каждого рода вагонов с разбиением по категориям принадлежности (РЖД, собственные, арендованные, страны СНГ и Балтии).
Определение работы потребного рабочего парков вагонов. В соответствии с рассмотренным выше порядком деления парка вагонов на сети и дорогах (регионах) работа его структурных составляющих для каждой дороги (региона) определяется следующим образом: работа парка вагонов в целом на регионе есть сумма общей погрузки региона и приема груженых регионом; - работа парка порожних - это сумма общей погрузки региона и сдачи регионом порожних; - работа региона по региональным перевозкам определяется как погрузка региона на себя (включая и все районные перевозки); - работа региона по сетевым перевозкам складывается из: а) работы по пропуску сетевого транзита, определяемой как прием или сдача регионом сетевого транзита; б) работы по ввозу грузов на регион, определяемой приемом регионом груженых под выгрузку на регионе (т.е. вычитанием из общего приема гру женых сетевого транзита), или выгрузкой вагонов сетевых назначений; в) работы по вывозу грузов из региона, определяемой сдачей регионом груженых своей погрузки (т.е. вычитанием из общей сдачи груженых сетево 81 го транзита), или погрузкой на выход (т.е. вычитанием из общей погрузки на регионе погрузки сетевых грузов).
Таким образом, общая работа региона по перевозке сетевых грузов определяется как сумма приема груженых и погрузки сетевых грузов Потребный общий рабочий парк вагонов должен определяться суммированием потребных парков вагонов с местным грузом (ввозом и своей погрузки под свою выгрузку), сетевого транзита и вывоза, а также парка порожних. Первоначально рабочий парк регионов рассчитывается как произведение работы региона на норму (как правило, квартальная норма) оборота общего вагона.
Расчет общего рабочего парка удобно осуществлять с использованием электронной таблицы. По строкам таблицы приведены наименования (номера) регионов и сети в целом, а по столбцам приведены значения показателей выгрузки, сдачи груженых, погрузки, приема груженых, работы, оборота общего вагона - отчет, план прошлого месяца, отчет за тот же месяц прошлого года, нормы оборота на расчетный квартал, проект плана по общему парку. При необходимости значения показателей: оборот общего вагона, сдача груженых и парк последовательно редактируются, как правило, изменяя квартальную норму оборота в пределах на 0.01-0.1 суток, работы и парка на 0.5-1.0% в сторону ужесточения, получая на каждом шаге перерасчет оборота при изменении парка и сдачи груженых, парков - при изменении оборота и сдачи груженых, сдачи - при изменении оборота и парка вагонов.
Аналогичные электронные таблицы рассчитываются для парков по каждому роду вагонов. При распределении парков по видам перевозок следует помнить, что парк сетевых перевозок по сети в целом образуется из парков: сетевого транзита, ввоза и вывоза на регионах, суммированием их по всем регионам. Об 82 щий парк вагонов на сети включает еще и сумму парков региональных перевозок и парков порожних по всем регионам. Расчет парков по типам перевозок производится также с помощью электронных таблиц.
При необходимости значения показателей можно редактировать при условии соблюдения правила - значение невязки при расчете парков, распределяемой по регионам пропорционально объему работы на регионах, в результате должно быть равно 0.
Норма парка порожних вагонов по каждому региону определяется с использованием электронной таблицы как произведение работы (нормы погрузки плюс сдачи порожних) на норму (как правило, квартальный план) оборота порожнего вагона.
По строкам таблицы приведены наименования (номера) регионов и сеть в целом, а по столбцам приведены значения показателей: погрузки, сдачи порожних, выгрузки, приема порожних, работы, оборота порожнего вагона - отчет, план прошлого месяца, отчет за тот же месяц прошлого года, проект плана на расчетный месяц, проект плана по парку порожних. При необходимости значения показателей оборота порожнего вагона, сдачи порожних и парка порожних можно последовательно пересчитывать. Расчет парка порожних вагонов по родам вагонов осуществляется аналогично общему вагону.
Порядок определения погрузки, выгрузки, заданий по сдаче порожних вагонов из-под выгрузки для дорог (регионов)
Для того чтобы учесть прием и сдачу порожних вагонов по межгосударственным стыковым пунктам погрузочный ресурс для каждого такого пункта определяется как разница между приемом и сдачей порожних вагонов, причем прием и сдача рассчитываются в рамках месячного технического плана и корректировке не подлежат.
Сумма рассчитанных таким образом погрузочных ресурсов по всем дорогам России и межгосударственным стыковым пунктам скорее всего не будет равна нулю, что свидетельствует либо об избытке порожних вагонов на сети, и тогда их нужно распределить по погрузочным дорогам, либо о недостатке вагонов на сети, тогда их нужно взять дополнительно с регулировочных дорог, увеличив им сдачу порожних вагонов дополнительно.
При расчете плана передачи порожних вагонов используется также информация о различных технологических ограничениях, действующих в плановый период. Вводить эти ограничения в расчет позволяет диалоговый режим расчета плана.
Автоматизированная система регулирования парка порожних вагонов на сетевом уровне управления. Автоматизированная система регулирования парка порожних вагонов предназначена для расчета плана передачи порожних вагонов в с использованием диалогового режима расчета плана и применением оптимизационных математических моделей. Предназначена система для определения погрузочных ресурсов и расчета плана передачи порожних вагонов по стыковым пунктам между дорогами сети железных дорог России с учетом оперативно складывающейся эксплуатационной обстановки. Расчет ведется на примере порожних полувагонов. Для данного рода вагонов наиболее существенным является обеспечение порожними вагона углепогрузочного региона Западно-Сибирской, Красноярской и Восточно-Сибирской железных дорог для обеспечения устойчивой погрузки угля.
Расчет ведется с помощью выбора из «меню» системы соответствующих этапов расчета плана (рис 7.2). Первым этапом является ввод исходных данных, который осуществляется с сервера ГВЦ. Для ввода данных нужно выбрать пункт «Ввод информации из ГВЦ и расчет погрузочных ресурсов». При этом с сервера ГВЦ читаются файлы
Программа чтения извлекает из этих файлов всю оперативную информацию, необходимую для решения задачи, описанной выше. При сбоях в передаче данных выдаются специальные диагностические сообщения. Затем в автоматическом режиме рассчитываются погрузочные ресурсы по дорогам сети России. Результаты представляются в виде таблицы(рис 7.3). Значения рассчитанных погрузочных ресурсов нуждаются в балансировке, которая делается автоматически либо с учетом заданий технолога, осуществляющего расчет плана. Для этого в «меню» предусмотрены функциональные кнопки.
После завершения расчета погрузочных ресурсов осуществляется расчет базового варианта передачи порожних полувагонов по стыковым пунктам между дорогами с минимальным отклонением от технических норм передачи. На экран монитора этот план выводится в виде, представленном на рис. 7.4.
Информативность показателей является избыточной и ориентирована на диалоговую процедуру расчета плана. Ряд промежуточных показателей, выдаваемых как результаты расчета, могут носить справочный характер. Использование такого способа позволяет упростить принятие волевых решений при диалоге и сократить время оценки ситуаций при различных вариантах вводимых ограничений.
На связях между дорогами показана общая сдача порожних вагонов между дорогами. Во всплывающем окне можно увидеть передачу по каждому стыку, в этом же окне редактирования можно ввести задания по передаче, которые при перерасчете плана должны безусловно выполняться. Корректировка разрешена по всем стыковым пунктам кроме внешних для России стыков. Предусмотрена также возможность до начала расчета плана задать жестко передачу по выбранным стыковым пунктам.
В случае, когда в процессе расчета плана необходимо откорректировать погрузочный ресурс одной или нескольких дорог, достаточно щелкнуть «мышью» на поле регулировочного разрыва и в открывшемся окне откорректировать значение. В этом случае забота о сбалансированности введенных значений лежит на разработчике плана. Информация о дисбалансе высвечивается в том же окне. Все корректировки отображаются на экране красным цветом. После внесенных изменений необходимо выполнить расчет нового плана, в котором отличающиеся от предыдущего расчета данные будут выделены красным цветом. В программном комплексе реализована возможность возврата к предыдущему расчету. Окончательный вариант расчета необходимо сохранить и распечатать.
Расчет вариантов плана передачи порожних полувагонов. В данном разделе описаны два варианта расчета плана передачи порожних полувагонов с реализацией различного вида технологических заданий при расчете плана. Для оценки полученных вариантов плана вначале производится расчет базового варианта плана, полученного без вмешательства технолога и рассчитанного с помощью заложенного в программу оптимизационного алгоритма, реализующего расчет плана с минимальным отклонением от технических норм (рис 7.4).
Первый вариант плана рассчитывается с учетом задания на передислокацию 100 порожних полувагонов с Октябрьской дороги на Красноярскую. Результат расчета представлен на рис. 7.5. Для анализа полученного варианта красным цветом выделена передача, отличающаяся от базового варианта. Результат расчета не очевиден: Московская дорога сдает на Северную на 100 вагонов меньше, но увеличивает сдачу на Горьковскую, в свою очередь питание Северной дороги осуществляется за счет увеличенного приема с Октябрьской дороги.
