Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Краткий обзор исследований по управлению эксплуатационной надежностью технических станций и постановка задачи 9
1.1. Комплексный подход к управлению и технологии работы технических станций 9
1.2. Понятие «эксплуатационная надежность станции» и факторы, её определяющие 13
1.3. Существующий порядок оценки качества процесса переработки вагонов 19
1.4. Проблемы обеспечения установленной продолжительности рабочего времени локомотивных бригад 21
1.5. Обзор зарубежной литературы 25
1.6. Постановка задачи и методика исследования 26
1.7. Выводы по главе 28
ГЛАВА 2. Управление эксплуатационной надежностью участковых станций 29
2.1. Факторы, влияющие на эксплуатационную надежность участковой станции 29
2.2. Методика управления эксплуатационной надежностью участковых станций 48
2.3. Выводы по главе 63
ГЛАВА 3. Управление надежностью приема поездов и переработки вагонопотоков на сортировочных станциях 66
3.1. Факторы, влияющие на надежность сортировочной станции по приему разборочных поездов 66
3.2. Факторы, влияющие на надежность сортировочной станции по приему транзитных поездов 84
3.3. Управление надежностью переработки вагонопотоков на сортировочных станциях 88
3.4. Выводы по главе 109
ГЛАВА 4. Комплексное регулирование эксплуатационной надежности станции и рабочего времени локомотивных бригад 111
4.1. Общие положения
4.2. Распределение времени нахождения локомотивных бригад в технологическом резерве 113
4.3. Распределение времени следования локомотивных бригад от станции отправления до станции смены 114
4.4. Распределение продолжительности поездки 132
4.5. Методика нормирования продолжительности рабочего времени Локомотивных бригад на участках 137
4.6. Выводы по главе 143
Основные выводы 146
Библиографический список использованной литературы
- Понятие «эксплуатационная надежность станции» и факторы, её определяющие
- Методика управления эксплуатационной надежностью участковых станций
- Факторы, влияющие на надежность сортировочной станции по приему транзитных поездов
- Распределение времени следования локомотивных бригад от станции отправления до станции смены
Введение к работе
Одной из основных задач эксплуатационной работы железнодорожного транспорта является своевременное и качественное выполнение перевозок населения и грузов для обеспечения жизнедеятельности всех отраслей экономики и национальной безопасности государства.
С созданием ОАО «Российские железные дороги» проблемы повышения качества, эффективности и конкурентоспособности перевозок железнодорожным транспортом выдвигаются на первый план, так как непременным условием успешной работы на рынке транспортных услуг является своевременное и наиболее полное обеспечение потребностей заказчика. К приоритетным направлениям совершенствования работы железнодорожного транспорта можно отнести повышение безопасности и обеспечение высокого качества грузовых и пассажирских перевозок. В условиях конкурентной работы ОАО «РЖД» качество перевозок становится одним из экономических критериев обеспечения и поддержания рационального уровня эксплуатационных затрат.
В целях повышения эффективности управления необходим мониторинг перевозочного процесса. Анализ накопленной информации об изменении показателей данного процесса позволяет установить наличие и характер нарушений, выявить причины их возникновения и принять решение по их устранению и предупреждению. Такой анализ должен производиться с использованием современных методов управления качеством, которые предполагают оценку не только уровня значений контролируемых показателей, но и характера их изменения.
Одним из показателей качества перевозочного процесса является эксплуатационная надежность технических станций.
Технические станции имеют важнейшее значение в функционировании железнодорожного транспорта, от их устойчивой работы зависит деятельность железнодорожных направлений и сети в целом. Основными
5 задачами этих станций являются выполнение планов и заданий по перевозке грузов в соответствии с положениями Федерального закона «Устав железнодорожного транспорта Российской федерации», Правилами перевозок грузов на федеральном железнодорожном транспорте, Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и другими нормативными актами.
Примерно одну треть времени оборота грузовой вагон находится на технических станциях и именно на них имеются существенные резервы своевременного и качественного обеспечения перевозок.
Вследствие пачкообразного движения пассажирских и пригородных поездов, предоставления «окон» на прилегающих участках и ряда других причин подход грузовых поездов к техническим станциям и вывоз поездов с них осуществляется неравномерно. Из-за указанной неравномерности в «пиковые» периоды образуются очереди составов в ожидании выполнения операций (обслуживания бригадами вагонников, расформирования и формирования, обеспечения поездными локомотивами и бригадами и отправления на выходной участок). Когда такие очереди достигают некоторых пределов, возникают задержки поездов на подходах к станциям. Эти задержки часто являются причиной нарушения режима труда и отдыха локомотивных бригад.
В условиях неравномерного подхода поездов для беспрепятственного приема их, с одной стороны, желательно увеличивать число путей в парках приема, сортировки и отправления, а для снижения простоя вагонов в парках станции - предусматривать резервы перерабатывающей способности сортировочных горок, вытяжек формирования, бригад ПТО вагонов и др. Для своевременного отправления поездов в этих условиях желательно иметь на станциях некоторые резервы поездных локомотивов и локомотивных бригад, а на выходных участках - резервы пропускной способности. Однако резервы пропускной и перерабатывающей способности ухудшают показатели
использования различных устройств, локомотивов, бригад и т.д. и увеличивают эксплуатационные расходы.
С другой стороны, наилучшее использование технических средств, технологического оборудования и рабочей силы, наиболее низкая себестоимость переработки вагонов могут быть достигнуты только при высокой загрузке и отсутствии перерывов в работе бригад ПТО, горок, вытяжек и др.
Для выбора наиболее рационального варианта технологии и технического оснащения станции необходимо использовать системный подход к анализу работы станции, прилегающих к ней участков, поездных локомотивов и локомотивных бригад, что позволит обеспечить взаимодействие в работе станционных элементов между собой и с прилегающими участками.
Основной целью данного исследования является снижение простоев вагонов и поездных локомотивов на технических станциях, задержек поездов на подходах к ним и эксплуатационных расходов, связанных с этими простоями и задержками; обеспечение соблюдения установленной продолжительности рабочего времени локомотивных бригад в оперативных условиях.
В связи с этим поставлены задачи:
установить зависимости величины эксплуатационной надежности технической станции от её технологии и технического оснащения;
установить зависимости величины надежности приема поездов техническими станциями от параметров системы обеспечения составов поездными локомотивами и локомотивными бригадами;
- установить закон распределения продолжительности поездки
локомотивных бригад и предложить зависимости для определения
вероятности нарушения режима работы локомотивных бригад;
- разработать методику комплексного регулирования надежности
приема поездов и обеспечения соблюдения установленной
7 продолжительности рабочего времени локомотивных бригад в оперативных условиях;
- разработать методику управления надежностью приема поездов и
переработки вагонов на технических станциях в увязке с работой
прилегающих участков, соседних технических станций, поездных
локомотивов и бригад.
Решение поставленных задач выполняется с использованием современных методов исследования на основе анализа и научного обобщения ранее выполненных исследований в данной области. При проведении исследований применяются методы имитационного моделирования, математической статистики, ЭВМ и универсальные программы, основанные на теории массового обслуживания и теории вероятностей.
Научная новизна результатов исследований состоит в том, что:
- установлены зависимости эксплуатационной надежности участковых
и сортировочных станций от их технических и технологических параметров;
- установлено, что продолжительность задержки поездов из-за
неприема техническими станциями распределена по закону Эрланга 2-го
порядка;
- установлено, что общее время поездки локомотивных бригад в один
конец распределено по нормальному закону, предложены зависимости для
расчета параметров этого распределения при различных условиях работы
локомотивных бригад.
Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:
для оценки качества процесса переработки вагонов на сортировочных станциях предложено использовать разработанный соискателем критерий «надежность переработки вагонов»;
предложена методика системного анализа технологии и технического оснащения станций, позволяющая выявлять лимитирующие технологические
8 линии и парки, устанавливать причины возникновения затруднений в их работе и намечать меры по устранению этих причин; методика применима для любых технических станций, отличающихся схемой, объемом и характером работы и др., при подготовке этих станций к освоению намечаемых объемов и условий работы, при проектировании переустройства или сооружения новых станций;
- предложена методика нормирования времени непрерывной работы
локомотивных бригад на обслуживаемых участках и надежности его
соблюдения, позволяющая определять явочный контингент и оценивать
качество использования локомотивных бригад;
- предложена методика комплексного регулирования надежности
приема поездов техническими станциями и обеспечения соблюдения
установленной продолжительности непрерывной работы локомотивных
бригад в оперативных условиях;
- предложена методика управления надежностью приема поездов и
переработки вагонов на технических станциях в увязке с работой
прилегающих участков, соседних технических станций, поездных
локомотивов и локомотивных бригад.
Понятие «эксплуатационная надежность станции» и факторы, её определяющие
Наиболее полно общее понятие надежности сформулировано П.С.Грунтовым [4-8], который отмечает, что надежность - это свойство системы сохранять свои функции и характеристики работы в определенных заданных пределах и заранее установленных условиях эксплуатации. Надежность является сложным понятием, включающим в себя и безотказность работы системы, и ее работоспособность. Чем сложнее система, тем большее число факторов влияет на ее эксплуатационную надежность. На надежность такой транспортной системы, как станция, влияет надежность технических элементов - пути, устройств автоматики, телемеханики и связи, локомотивов, вагонов, а также число и длина путей, пропускная способность, нагрузка на систему управления.
В работе станций, участков и направлений часто возникают сбои -временные отказы, приводящие к задержкам транспортного потока перед станциями в связи с недостаточной производительностью работ по обслуживанию, расформированию и формированию поездов, несвоевременным их вывозом со станций, недостаточным числом путей и т.п. Последствия сбоев весьма серьезные, так как вызывают задержки большого числа поездов. Всякая задержка поезда, готового к отправлению на участок или приема его на станцию воспринимается как отказ в работе соответственно участка или станции.
По природе возникновения все эксплуатационные отказы можно разделить на отказы технических средств и организационно-технологические отказы. Последние являются следствием полного заполнения путей и парков станций, несвоевременной обработки, расформирования и формирования грузовых поездов, отсутствия поездных локомотивов или локомотивных бригад и т.д.
П.С.Грунтов [7] выделяет в функционировании сортировочной станции пять зон, образующих отдельные подсистемы: - входные участки и парк приема; - сортировочная горка; - сортировочный парк; - вытяжки формирования; - парк отправления и выходные участки.
Можно заметить, что в этом перечне отсутствует одна из важнейших, сложных подсистем, играющая решающую роль в вывозе поездов со станции - обеспечение готовых составов поездными локомотивами и (или) локомотивными бригадами.
Для каждой подсистемы дана систематизация технологических отказов. Например, для подсистемы входные участки - парк приема - горка: - занятость всех путей парка приема составами; - недостаточная мощность каналов ПТО и СТЦ; - наличие в составе вагонов с браком; - отсутствие ТГНЛ на прибывший состав; - неготовность сортировочного листка на расформировываемый состав; - занятость горочного локомотива; - наличие вагонов, требующих особых условий роспуска; - нерасцеп, нагон отцепа и пр.; - ошибки в составлении сортировочного листка.
Следует отметить, что приведенный перечень отказов включает в себя как отказы, приводящие к задержкам поездов из-за неприема, сбоям в функционировании данной подсистемы, так и отказы, следствием которых являются единичные браки в работе. Е.В.Архангельский отмечает [9], что отказы технических средств на станциях в среднем в сутки вызывают потери, не превышающие 1% их мощности, поэтому при определении эксплуатационной надежности станции ими можно пренебречь.
П.С.Грунтову принадлежит формулировка термина «надежность». Он отмечает [7], что под надежностью сортировочной станции следует понимать зависящее от технологии, управления и путевого развития свойство по безотказному приему, расформированию, формированию и отправлению поездов в течение заданного времени t при неравномерном их поступлении, накоплении и отправлении. Количественно это свойство может быть выражено через вероятность безотказной работы за период времени t . Величина этой вероятности обосновывается по трем отдельным подсистемам:
Методика управления эксплуатационной надежностью участковых станций
Предыдущими исследованиями установлен характер зависимости надежности станции по приему поездов от путевого развития парков, загрузки технологических бригад, обслуживающих составы, а также от параметров системы обеспечения составов локомотивами и (или) локомотивными бригадами. При этом установлено, что при любом количестве депо приписки локомотивов и бригад, обслуживающих данный приемо-отправочный парк, и при любом числе путей в нем величина надежности приема грузовых поездов этим парком существенно зависит от доли дополнительных выдач (Хл и явок OLQ И наибольшего числа Sn и S6 локомотивов и бригад каждого депо приписки в технологическом резерве станции. С увеличением (Хл, (Хб и 8Л, S возрастает и надежность приема грузовых поездов Нп. Но если число путей и состав бригад ПТОВ для каждой станции можно считать величинами стабильными, то размеры движения грузовых поездов, число дополнительных выдач локомотивов и явок локомотивных бригад, а также величина технологического резерва локомотивов и бригад на всех станциях ежесуточно изменяются в зависимости от складывающейся оперативной обстановки и принимаемых регулировочных решений. Поэтому влияние путевого развития и состава бригад ПТОВ на надежность станции по приему поездов можно учитывать на стадии проектирования или проведения реконструктивных мероприятий, тогда как в оперативных условиях, когда требуется принять быстрое и правильное решение по поддержанию высокой надежности станции, эффективным является использование зависимостей надежности от параметров системы обеспечения составов локомотивами и бригадами - Нп = f(an, 8Л). Например, для того, чтобы обеспечить Нп = 0,8 (см.рис.2.7) возможны следующие варианты сочетания параметров:((Хл = 0,05 и Sn = 13), или (ал = 0.10и Sn =8), или (ал = 0,20и Sn = 2). Необходимо из них уметь выбирать наиболее целесообразный.
Установлено, что при данном числе путей и составе бригад ПТОВ в приемо-отправочном парке один и тот же уровень надежности станции по приему поездов можно обеспечить различными сочетаниями параметров системы обеспечения составов локомотивами и локомотивными бригадами ((ХЛ) Sj, ). Целесообразный вариант обычно рекомендуется выбирать путем технико-экономического сравнения по минимуму суммарных эксплуатационных расходов, зависящих от сочетания величин (Хл и SJJ. Для каждого варианта при этом необходимо учитывать затраты на остановки и простои задержанных поездов, на простой локомотивов и бригад, находящихся на станции в технологическом резерве, на регулировочные пробеги локомотивов и бригад по участку, на простой вагонов в приемо-отправочном парке. Эксплуатационные расходы могут определяться по расходным ставкам (нормам) на измерители эксплуатационной работы (вагоно-час, локомотиво-час, 1 задержанный на подходе поезд и т.д.).
Нормы расходов (расходные ставки) можно принимать по экономическим справочникам, разработанным для условий конкретной железной дороги. Количество эксплуатационных измерителей определяется по величине показателей работы станции, рассчитанных для каждого рассматриваемого варианта.
Эксплуатационные расходы можно подсчитывать за месяц или год. Например, годовые эксплуатационные затраты по варианту можно определить по формуле: Э = 365 (Св.ч х N6/n to,, + Сл.чх ТТРЛ + Сб.ч х ТтрБ + C3N3 + Сп.ч х N31, + л-км X JNлі рЄЗ + пас X JNnac tnac ) , руО. (z.1) где Св.ч - норма расходов на 1 вагоно-час простоя; N6/n tg/n - суточные вагоно-часы нахождения вагонов в приемо-отправочном парке; Сл.ч - норма расходов на 1 локомотиво-час; Турл - локомотиво-часы простоя в технологическом резерве станции за сутки; Сб-Ч- норма расходов на 1 бригадо-час; ТТРБ - бригадо-часы нахождения в технологическом резерве станции за сутки; С3 - стоимость 1 остановки (задержки) поезда; N3 - число задерживаемых поездов из-за неприема станцией за сутки; Сп-ч - стоимость 1 поездо-часа; N3 tj - суточные поездо-часы простоя задержанных поездов; Сл-кмрез - стоимость 1 локомотиво-километра резервного пробега локомотива; NnLpe3 - суточные локомотиво-километры резервного пробега локомотивов; Спас-стоимость 1 бригадо-часа проезда пассажиром; Nnac tnac- суточные бригадо-часы проезда пассажиром. Целесообразный вариант должен обеспечивать высокую надежность при наименьших суммарных эксплуатационных расходах.
Факторы, влияющие на надежность сортировочной станции по приему транзитных поездов
Основное назначение сортировочных станций - массовая переработка вагонопотоков, т.е. расформирование и формирование поездов, а также своевременный прием, обработка и отправление транзитных поездов. От организации работы сортировочных станций зависит не только простой вагонов с переработкой и без переработки на этих станциях, но и работа целых направлений, с которых поступают и на которые отправляются поезда. Для оценки качества процесса переработки вагонов необходим интегральный критерий, таковым в настоящее время является соблюдение условий взаимодействия в работе элементов сортировочной станции между собой и с прилегающими участками.
Сортировочные станции представляют сложные комплексы технологических систем, элементы которых находятся в постоянном функциональном взаимодействии. Основные принципы и условия взаимодействия элементов станции между собой и с прилегающими участками изложены И.Б.Сотниковым [3], П.С.Грунтовым [4] и др. В этих работах в качестве главной задачи рассматривается ускорение выполнения операций, сокращение межоперационных простоев и общего простоя вагонов в целом. Условия взаимодействия представлены в виде соотношений (неравенств) между средними значениями параметров. Например, для подсистемы Входные участки - Парк приема - Горка: темп расформирования поездов должен опережать темп их прибытия в парк:
Nnpc Npc, где Np - число поездов, которое способна переработать сортировочная горка за сутки; Nnp - число поездов, прибывающих в расформирование за сутки.
Аналогично представлены условия взаимодействия для других подсистем. Считается, что если указанные условия будут соблюдаться, то проблем с переработкой и пропуском вагонопотоков не возникнет. Предлагаются формулы для расчета основных показателей работы отдельных технологических линий (загрузки, среднего времени ожидания выполнения операций, среднего числа составов, ожидающих обработки и пр.). При этом сделано допущение, что при заданной мощности обслуживающих устройств и принятой технологии работу каждой технологической линии можно рассматривать изолированно от работы других технологических линий [3]. Считается также, что путевое развитие во всех парках достаточное.
Например, указывается, что число путей в парках отправления должно обеспечивать беспрепятственную перестановку сформированных составов из сортировочного парка. Других критериев взаимодействия сортировочного и отправочного парков не предлагается.
В Типовом технологическом процессе работы сортировочной станции [68] предлагается оценивать условия взаимодействия элементов станции и прилегающих участков так же только по соотношению темпов поступления и обработки составов.
В реальных условиях число приемоотправочных и сортировочных путей на станциях ограничено, между технологическими линиями в парках, а также между самими парками существует взаимное влияние. Каждая технологическая линия станции может оказывать негативное влияние на работу того парка, в котором она находится. При этом влияние одних линий может быть незначительным, других - весьма существенным. В последнем случае негативное влияние технологических линий может распространяться также и на работу смежных парков и входных участков. Его степень (величина) может оцениваться количественно. Количественная оценка позволяет объективно судить о том, насколько существенно данное затруднение для работы парка, в котором оно возникло, а также смежных парков и станции в целом.
В настоящее время принято оценивать процесс переработки вагонов коэффициентом непрерывности, который характеризует наличие перерывов в процессе переработки, но на каких элементах эти перерывы возникают и какова их продолжительность данный коэффициент указать не может.
Для того, чтобы процесс переработки вагонопотоков на станции протекал надежно, необходимо обеспечить отсутствие лимитирующих технологических линий и парков, так как именно лимитирующие технологические линии и парки не обеспечивают взаимодействия в работе элементов станции между собой и с прилегающими участками. В связи с этим предлагается для оценки качества процесса переработки вагонов на сортировочной станции использовать критерий «надежность переработки вагонов», под которым следует понимать отсутствие на сортировочном комплекте лимитирующих технологических линий и парков. Оценку работы каждой технологической линии и парка можно осуществлять следующим образом. Лимитирующими будут такие технологические линии, на которых простой составов в ожидании операции больше среднего интервала выполнения этих операций в данном парке. Например, обработка составов бригадами вагонников будет лимитирующей технологической линией, если средний простой составов в ожидании обработки будет больше среднего интервала обработки их в данном парке, Т равного 10бр = - - - Здесь Т0бР - средняя продолжительность обработки Б состава бригадой вагонников, Б - число бригад в данном парке. Аналогично лимитирующим будет являться тот парк станции, перед которым простои составов в ожидании входа в него больше среднего интервала выхода составов из предыдущего парка. Например, парк отправления будет лимитирующим, если средний простой сформированных составов в ожидании перестановки из сортировочного парка будет больше среднего интервала накопления составов, равного 1„ак = . Здесь NHaK нак среднесуточное число составов, накапливающихся в данном сортировочном парке.
Распределение времени следования локомотивных бригад от станции отправления до станции смены
Продолжительность следования от станции отправления до станции смены локомотивных бригад является величиной случайной, имеющей отклонения от установленной нормы, вызванные различными факторами: - неприемом станциями; - ограничениями в скорости движения на участке из-за технического состояния пути; - несинхронностью следования поездов; - техническим состоянием подвижного состава; - отказами в работе различных устройств; - колебаниями веса поездов и т.п.
В работах [83, 84], выполненных в конце 70-х годов, показано, что распределение времени следования подчиняется нормальному закону. Например, в статье [83] приводится таблица, составленная в результате обработки представительной выборки по данным Новосибирского отделения Западно-Сибирской ж.д,- табл.4.1.
Для установления закономерности изменения времени следования локомотивных бригад в современных условиях, когда произошли серьезные изменения в организации эксплуатационной работы, связанные с удлинением участков работы локомотивных бригад, повышением веса и длины поездов, сокращением размеров движения и т.п., были проанализированы маршрутные листы локомотивных бригад, обслуживающих участки, прилегающие к станции Инская Западно-Сибирской ж.д. Полученные статистические данные были обработаны, рассчитаны основные параметры и построены дифференциальные функции фактического распределения времени следования локомотивных бригад по участкам.
Например, в табл.4.2 представлен расчет параметров для выборки из маршрутных листов машинистов на участке Инская - Барабинск. Аналогичным образом произведена обработка всех выборок, результаты расчетов сведены в табл.4.3-4.8 и представлены на рис.4.1-4.6 (сплошные линии).
Анализ параметров, приведенных в табл.4.3-4.8, а также вид дифференциальных функций на рис.4.1—4.6 позволяет сделать вывод, что распределение времени следования поездов по участкам, отличающимся протяженностью, размерами движения, числом главных путей и т.п., имеет устойчивый вид и представляет собой сочетание (композицию) нормального и эрланговского распределений. Для проверки данного предположения были построены графики нормального распределения для всех рассматриваемых участков, с использованием функции распределения F(t) = Ф \ « J [88,90]. Здесь Ф (і) - нормальная функция распределения. Значения аргументов t, tcp, т= D[t] приняты по данным статистических выборок. Вид теоретического распределения (штриховые линии) подтверждает гипотезу о нормальном распределении. Из рис.4.1—4.6 можно заметить, что статистическое и теоретическое распределения весьма хорошо согласуются в диапазоне значений аргумента t = ty4Cp ±3 х. Однако на статистических графиках имеются значения продолжительности следования поездов по участкам t, превышающие (Цср + 3 а ). Объясняется это наличием временных ограничений скорости, производством ремонтных работ, но в первую очередь - задержками поездов на подходах к техническим станциям. Анализируя данные табл.4.3—4.8 можно заметить, что практически на всех участках время следования поездов в направлении к станции Инская превышает время следования в обратном направлении. Объясняется это несвоевременным приемом поездов важнейшей станцией дороги.
Распределение простоя задержанных по неприему поездов t, не изучено, поэтому в настоящей главе исследуется закономерность изменений этого элемента.
Для исследования процесса неприема поездов станциями были промоделированы (см.рис.4.7) три варианта работы участковых станций, различающихся числом приемоотправочных путей в парках, интенсивностью прибытия поездов на станцию и загрузкой бригад пункта технического обслуживания вагонов (ПТОВ), обрабатывающих эти поезда. Характеристика вариантов представлена в табл.4.9.
