автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Автоматизация расчета поездообразования на сортировочных станциях

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПЛАНИРОВАНИЯ ПОЕЗДООБРАЗОВАНИЯ НА СОРТИРОВОЧНЫХ СТАНЦИЯХ.

1.1. Отечественная теория и практика текущего планирования работы сортировочных станций.

1.2. Оперативное планирование работы сортировочных станций за рубежом.

1.3. Развитие программно-технических средств и математических методов решения задач планирования работы сортировочных станций.

1.4. Пути совершенствования системы расчета поездообразования на сортировочных станциях. Цель и задачи исследования.

Выводы по 1 главе.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДВУХУРОВНЕВОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАСЧЕТА ПОЕЗДООБРАЗОВАНИЯ.

2.1. Подсистема предварительного расчета.

2.2. Подсистема имитации процесса поездообразования.

2.2.1. Отображение структуры станции в имитационной системе ИСТРА

2.2.2. Отображение технологии работы станции.

2.2.3. Основные алгоритмы моделирования.

2.2.4. Формируемые результаты.

Выводы по 2 главе.

3 МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСА ЗАДАЧ

РАСЧЕТ ПРОГНОЗА ПОЕЗДООБРАЗОВАНИЯ».

3.1. Адаптация имитационной модели к специфике задачи.

3.2. Взаимодействие системы расчета поездообразования с информационными системами дорожного и линейного уровней.

3.3. Технология интерактивной разработки плана поездообразования.

Выводы по 3 главе

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТА ПОЕЗДООБРАЗОВАНИЯ НА СОРТИРОВОЧНЫХ СТАНЦИЯХ.

4.1. Чувствительность системы расчета поездообразования к изменению входных параметров.

4.2. Достоверность результатов расчета поездообразования.

4.3. Укрупненная оценка эффекта автоматизации расчета поездообразования.

Выводы по 4 главе

Современная технология перевозочного процесса на железных дорогах призвана обеспечить динамичные, рыночные экономические связи надежными и эффективными транспортными связями [52]. Технологические формы управления должны стать более гибкими. Это в полной мере относится и к одной из основных задач оперативного планирования поездной работы - расчету поездообразования на сортировочных станциях. Многоструйные потоки из нескольких тысяч вагонов, проследующих через сортировочные станции с переработкой и без переработки, требуют эффективного управления.

Управление поездообразованием на сортировочной станции является сложной многовариантной задачей, которая должна решаться совместно станционным, дорожным и узловым диспетчерами. В процессе решения задачи определяется очередность подвода поездов в разборку и транзита, очередность обработки поездов по прибытию и отправлению, очередность надвига, роспуска и окончания формирования. Сегодня прогноз составообразования рассчитывается диспетчерским персоналом практически «вручную». Прогнозирование моментов прибытия, а также определение, когда и на какие назначения будет закончено накопление составов, делается диспетчером самостоятельно на основе его опыта. Достоверность результата при таком подходе невысока.

Существующие АСУ сортировочных станций являются, по сути, информационными системами. Сегодня наступил этап перехода к системам автоматизированного управления, основанным на математических моделях. Они должны помочь оперативно-диспетчерскому персоналу выбирать рациональные решения.

Указанные требования положены в основу разработанной в настоящей диссертации системы расчета поездообразования на сортировочных станциях. Теоретическим базисом исследования послужили труды докторов технических наук Е.В. Архангельского, К.А. Бернгарда,

A.Ф.Бородина, В.А. Буянова, П.С. Грунтова, Ю.В. Дьякова, Ю.И. Ефименко,

B.А. Ивницкого, Н.Д. Иловайского, B.C. Климанова, И.Т. Козлова, П.А.Козлова, В.И. Некрашевича, A.M. Пешкова, А.И. Платонова, Е.А.Сотникова, И.Б. Сотникова, И.Г. Тихомирова, Е.М. Тишкина, Л.П.Тулупова, кандидатов технических наук А.Э. Александрова, А.С.Гершвальда, Г.А. Кузнецова, Д.Ю. Левина, В.Д. Лермана,

C.В.Трофимова, В.Ю.Пермикина, Б. дел Рио, Б.В. Ряшко, Ф.А. Шевелева, И.В. Харлановича и других исследователей.

Целью настоящего диссертационного исследования является разработка и реализация научно-методических принципов расчета поездообразования на сортировочных станциях на основе взаимодействия оптимизационной и имитационной потоковых моделей.

На защиту выносятся следующие основные результаты исследования: принципы построения двухуровневой системы расчета поездообразования, состоящей из решающей и проверяющей частей; методика расчета поездообразования, включающая оптимизационную и имитационную модели, адаптированные к специфике задачи; алгоритмы взаимодействия системы расчета поездообразования с информационными системами линейного и дорожного уровней; технология интерактивной разработки плана поездообразования, объединяющая компьютерные расчеты с опытом и интуицией диспетчера.

На основе указанных результатов разработано программное средство «Расчет прогноза поездообразования», которое принято в эксплуатацию на станции Свердловск-сортировочный и в настоящее время внедряется на ряде других сортировочных станций сети железных дорог

России. Использование программного средства позволяет повысить качество текущего планирования работы станций, ускорить отправление поездов, улучшить использование поездных локомотивов и локомотивных бригад.

Выводы по 4 главе

1. Вычислительные эксперименты свидетельствуют о приемлемой чувствительности системы к изменению ряда входных параметров, включая число бригад осмотрщиков в парках, маневровых и горочных локомотивов, путей надвига. Это принципиально отличает разработанную систему от методики расчета поездообразования, установленной типовым технологическим процессом работы сортировочной станции, которая нечувствительна к изменению рассматриваемых параметров.

2. Экспериментальные расчеты, выполненные для 24 шестичасовых периодов текущего планирования, показали, что результаты планирования с помощью разработанной автоматизированной системы расчета поездообразования оказываются более точными и близкими к действительным показателям работы станции.

3. Экономическая эффективность комплекса задач планирования поездообразования связана с улучшением использования вагонного парка (71% расчетного эффекта) и тяговых ресурсов (29%).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Современные условия функционирования сортировочных станций характеризуются наличием существенных резервов. Только в приемных и отправочных парках межоперационные простои составляют 24 % времени нахождения на станциях транзитных вагонов с переработкой и 53 % времени нахождения транзитных вагонов без переработки. Сократить указанные простои призван переход от информационных станционных систем к информационно-планирующим и информационно-управляющим, где ключевая роль принадлежит задаче планирования поездообразования.

2. Сортировочная станция имеет следующие особенности, затрудняющие оценку будущих показателей работы при изменении тех или иных факторов - сильная связность, влияние случайных факторов, влияние управления, влияние сложной структуры. При этом система расчета поездообразования должна состоять из информационной и планирующей частей. Последняя, в свою очередь, должна быть двухуровневой, включающей в себя подсистему предварительного расчета и имитационную подсистему.

3. Целью подсистемы предварительного расчета является определение наилучшего режима расформирования поездов, обеспечивающего ускорение накопления составов при заданном плане формирования поездов, известных состоянии сортировочного парка, парка прибытия, прогнозе поступления поездов в расформирование и их составах.

4. Для достижения указанной цели используется динамическая транспортная задача с задержками в многопродуктовой постановке (М-ДТЗЗ). М-ДТЗЗ позволяет получить такое протекание потоков, чтобы максимально обеспечить накопление составов по назначениям к требуемому времени, учитывая длительность расформирования и ограничения по перерабатывающей способности, а также заданную пользователем динамику и приоритетность накопления составов.

5. М-ДТЗЗ в подсистеме предварительного расчета поездообразования минимизирует суммарные затраты, связанные с нахождением вагонов на путях парка приема, с перемещением вагонов (во времени и в пространстве) с путей приема на сортировочные пути и с нахождением вагонов на путях сортировочного парка.

6. В качестве имитационной подсистемы расчета поездообразования используется система ИСТРА, которая адаптирована к специфике задачи по входным и выходным параметрам. Разработанные дополнения к методике моделирования работы станций, учитывающие специфику задачи расчета поездообразования, позволяющие отображать работу с составами поездов, величина которых превышает вместимость путей; надвиг составов на горку одним или двумя горочными локомотивами; динамический выбор специализации сортировочных путей.

7. Разработанные средства взаимодействия системы расчета поездообразования с информационными системами дорожного и линейного уровней обеспечивают преобразование информации АСОУП и АСУСС к виду и содержанию, необходимому для работы прогнозной модели.

8. Клиент-серверная архитектура построения системы прогнозирования поездообразования и заложенная в ней технология интерактивных расчетов позволяют гибкую настройку на различные регламенты взаимодействия станционных и маневровых диспетчеров, дежурных по районам управления ЕДЦУ, узловых и поездных диспетчеров, локомотивных диспетчеров и дежурных по депо. Это позволяет адаптировать систему к различным условиям внедрения (топологии полигона, структуре оперативного управления, технологии поездной работы и др.).

9. Вычислительные эксперименты и опыт внедрения свидетельствуют о приемлемой чувствительности системы к изменению входных параметров, достоверности результатов расчетов, технико-экономической эффективности разработки.

1. Платонов А.И. Метод сокращения простоя вагонов под накоплением. // ДорНИТО Окт. ж. д. Л., 1946. - 23 с

2. Передовая технология объединенной технической конторы. // Дорожный дом техники, Технический отдел дороги, Секция НТО службы движения. М., 1964. - 8 с

3. Скумбин М.К. Научная организация труда у пермских железнодорожников. Пермь: Пермское книжное издательство,1969.- 148 с

4. Буянов В.А., Ратин Г.С. Автоматизированные информационные системы на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1984. - 240 с

5. Платонов А.И. Организация работы сортировочных станций. -М.: Трансжелдориздат, 1941. 160 с

6. Платонов А.И. Взаимодействие процессов на сортировочной станции. -М.: Трансжелдориздат, 1955. 105 с

7. Бернгард К.А. Техническая маршрутизация железнодорожных перевозок. М.: Трансжелдориздат, 1956. - 243 с (Тр. ЦНИИ МПС, Вып. 119).

8. Левин Д.Ю. Организация порожних вагонопотоков на железных дорогах. М.: Транспорт, 1980. - 56 с

9. Тихомиров И.Г. Основы технологии работы участковых и сортировочных станций. М.: Трансжелдориздат, 1958. - 184 с

10. Железнодорожный транспорт: XX век. М.: Железнодорожное дело, 2001.-268 с

11. Ряшко Б.В., Трегубов Г.Г., Харланович И.В. Совершенствование эксплуатационной работы. М.:Транспорт, 1971. - 96 с

12. Годович Л.М., Левантович Ю.И., Начученко С.Ф., Скумбин М.К., Харланович И.В. Научная организация эксплуатационной работы железных дорог. М. .'Транспорт, 1976. - 208 с

13. Дел Рио Б. и Фролов В .Я. Информационно-планирующая система железнодорожных узлов. М.: Транспорт, 1972. - 208 с

14. Иловайский Н.Д. Алгоритмизация управления производственным процессом на сортировочных станциях. М.:Трансжелдориздат, 1963. -94 с (Тр. ЦНИИ МПС, вып. 258).

15. Иловайский Н.Д. О выборе оптимального режима работы сортировочной станции. // Вестник ВНИИЖТ. М., 1963. - № 2. - С. 4

16. Харланович И.В. Совершенствование методов планирования эксплуатационной работы станций и узлов. // Железнодорожный транспорт. М., 1980. - № 6. - С. 46 - 49

17. Гершвальд А.С. Оптимизация оперативного управления процессом грузовых перевозок на железнодорожном транспорте. М.: Интекст, 2001.-240 с

18. Гершвальд А.С. Автоматизация функций станционного диспетчера В кн.: Интенсификация перевозок грузов на железнодорожном транспорте: Сб. науч. тр. ВНИИЖТ. -М., 1989. -С. 11- 88

19. Конвей Р.В., Максвелл B.JL, Миллер JI.B. Теория расписаний. М.: Наука, 1975.-360 с

20. Лерман В.Д. Совершенствование оперативного управления работой сортировочных станций. М.Транспорт, 1982. - 40 с

21. Тулупов Л.П., Юйлиан Ян. Текущее планирование поездной работы технических станций. // Железнодорожный транспорт. М., 1997. -№6.-С. 28-31

22. Бородин А.Ф. Новые принципы взаимодействия узлов и направлений железных дорог. // В сб. "Технология перевозки грузов в условиях рыночной экономики". М.: Транспорт, 1993. - С. 48- 56

23. Левин Д.Ю., Павлов В.Л. Составообразование. Метод планирования и управления. // Железнодорожный транспорт. М., 2001. - № 3.1. С. 53-55

24. Харитонов А.В. Планирование поездообразования на полигоне. // Железнодорожный транспорт. М., 2000. - № 7. - С. 17- 22

25. Бородин А.Ф., Харитонов А.В., Прилепин Е.В. «Полигон» новая автоматизированная система текущего планирования. // Железнодорожный транспорт. - М., 2002. - № 4. - С. 10-16

26. Бородин А.Ф. Организация вагонопотоков на железных дорогах Польши. // Железнодорожный транспорт. М., 1998. - № 1.1. С. 74 77

27. Бородин А.Ф., Жук Е. Новая система организации грузового движения на железных дорогах Польши. // Железнодорожный транспорт. Сер. Организация движения и пассажирские перевозки: ЭИ/ЦНИИТЭИ, 1997.-Вып. 4.-С. 27-34

28. Король В.А., Буянов В.А. Эффект современных информационных технологий. // Железнодорожный транспорт. М., 1996. - № 1.1. С. 73 77

29. Козлов П.А. От информационных систем к управляющим. // Железнодорожный транспорт. М., 1999. - №9. - С. 26- 29

30. Козлов П.А. Новый этап в разработке автоматизированных систем управления. // Автоматика, связь, информатика. М., 2000. - № 5.1. С. 23-27

31. Миловидов С.П., Козлов П.А. Динамическая транспортная задача с задержками в сетевой постановке. // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. М., 1982. - № 1. - С. 22- 25

32. Козлов П.А., Миловидов С.П. Метод динамического согласования производства и транспорта. // Вопросы комплексного развития ПТ: Труды ИКТП. М., 1984. - Вып. 105. - С. 30- 35

33. Козлов П.А. Универсальная имитационная система транспорта ИСТРА. // Межвуз. сборник «Организация работы транспорта промышленных предприятий». Калинин.: Изд-во КГУ, 1984. - С. 41-53

34. Акоф Р., Сасиени М. Основы исследования операций. М.: Мир. -534 с

35. Бакаев А.А. Экономикс» математические модели планирования и проектирования транспортных систем. - Киев: Техника, 1973. - 129 с

36. Вентцель Е.С. Введение в исследование операций. М.: Советское радио, 1964.-432 с

37. Воронов А.А. Основы автоматического управления. М.:Энергия, 1970.-326 с

38. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.:Наука, 1978.-399 с

39. Гермейер Ю.Б. Игры с непротивоположными интересами. М.:Наука, 1976.-327 с

40. Глушков В.М. О системной оптимизации. // Кибернетика. М., 1980. -№5.-С. 89-90

41. Гольштейн Е.Г., Юдин Д.Б. Новые направления в линейном программировании. М.: Сов. радио, 1966. - 524 с

42. Данциг Дж., Вулф Ф. Алгоритм разложения для задач линейного программирования. В сб. переводов «Математика», 1964. - № 1.1. С. 151-157

43. Канторович JI.B., Гавурин М.К. Применение математических методов в вопросах анализа грузопотоков. Сб. статей «Проблемы повышения эффективности работы транспорта». М.: Изд-во АН СССР, 1949.1. С. 110-138

44. Моисеев Н.Н., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. -М.: Наука, 1978.-352 с

45. Понтрягин JI.C., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Физматгиз, 1983.-392 с

46. Форд JI.P., Фалкерсон Д.Р. Потоки в сетях. М.:Мир, 1966. - 276 с

47. Bellman R.E. Dynamic Programming, Princeton University Press, Princeton, New Jersey, 1957.

48. Современное состояние теории исследования операций. Под ред. Н.Н. Моисеева. М.: Наука, 1979. - 464 с

49. Исследование операций: В 2-х томах. Пер. с англ. / Под ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби. М.: Мир, 1981. - т. 1, 712 с; т.2, 677 с

50. Козлов П.А., Мишарин А.С. Система автоматизированного управления грузопотоками. // Труды ВНИИУП МПС России. М., 2002. - Вып. 1-С.41 - 53

51. Козлов П.А. Современный этап в развитии железнодорожного транспорта системный подход. // Труды ВНИИУП МПС России. - М., 2002.- Вып. 1.-С. 5-9

52. Миловидов С.П., Козлов П.А. Оптимизация структуры транспортных потоков в динамике при приоритете потребителей. Экономика и математические методы, 1982. - Т. XYIII. - Вып. 3. - С. 521 - 531

53. Раскин Л.Г., Кириченко И.О. Многоиндексные задачи линейного программирования. М.: Наука, 1969. - 347 с

54. Михалевич B.C., Трубин В.А., Шор Н.З. Оптимизационные задачи производственно-транспортного планирования: Модели, методы, алгоритмы. М.: Наука, 1986. - 264 с

55. Муртаф Б. Современное линейное программирование. М.: Мир, 1984.-224 с

56. Александров А.Э., Пермикин В.Ю., Мишарин А.С., Шавзис С.С. Автоматизированная система планирования поездообразования на сортировочной станции. // Труды ВНИИУП МПС России. Москва: ВНИИУП, 2002.- Вып. 1.-С. 109-118

57. Атаменко Е.Г,, Миркин А.Г., Зиновьева Л.М. Определение горочного интервала при роспуске составов. // Вестник ВНИИЖТ, 1986. № 5. -С. 5-9

58. Разработка основных методических положений для проведения анализа влияния на эксплуатационную работу соотношения между емкостями путевого развития и размерами вагонного парка. // Отчет ВНИИЖТ: Сотников Е. А. ЛД - 133 - 80. - М„ 1980. - С. 7

59. Расчет времени нахождения вагонов на сортировочных и участковых станциях. / Лебедева Т.П., Ломакина Н.Н., Садиков П. П.,

60. Сотников Е. А.: Тр. ЦНИИ МПС, 1973.- Вып. 481.- 184 с

61. Транспортные узлы (определение мощности устройств). / Под ред. Скалова К.Ю., Стефаненко М.Н., Попова Н.Ф. М.: Транспорт, 1985. -200 с

62. Руководство по расчету станций методом моделирования на БЭСМ 4. / ЦНИИС: Мосгипротранс. - М., 1975. - 112 с

63. Волков B.C. Оптимизация работы сортировочных станций в условиях отправления составов переменной длины. / Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: ВНИИЖТ, 1982. 165 с

64. Ивницкий В.А., Миркин А.Г. Быстродействующая модель сортировочной станции и ее применение. // Вестник ВНИИЖТ, 1986.-№ 4. С. 9-11

65. Лещинский Е. Имитационное моделирование на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1977. - 176 с

66. Сотников Е.А. Интенсификация работы сортировочных станций. М.: Транспорт, 1979. - 239 с

67. Бахадиров Ф.В. Рациональное соотношение емкости путевого развития и размеров вагонного парка на сортировочных и участковых станциях. / Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: ВНИИЖТ, 1982.-140 с

68. Волков В.А., Левин Д.Ю., Лерман В.Д. Совершенствование эксплуатации железных дорог. М.: Транспорт, 1984. - 208 с

69. Грунтов П.С., Захаров В.А. Решение практических задач с помощью моделирования работы станций. // Железнодорожный транспорт, 1979. -№ 2. С. 22-25

70. Бородин А. Ф., Пояркова М. А. Определение технически рационального числа формируемых назначений на основе моделирования работы станций: ВНИИЖТ. М., 1986. - 46 с ( ЦНИИТЭИ МПС 25.03.86, №3517-ж. д.).

71. Козлов П.А., Александров А.Э., Фрейберг А.Ю., Пермикин В.Ю., Ковалев И.А. Моделирование железнодорожных станций с помощью системы ИСТРА: УрГУПС. Екатеринбург, 2000. - 41 с

72. Типовой технологический процесс работы сортировочной станции. -М.: Транспорт, 1988. 240 с

73. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. -М.: Мир, 1978.-215 с

74. Козлов П.А., Якушев Н.В., Шавзис С.С. Повышение надежности работы узла за счет гибкой технологии. // Разработка и внедрение новых технологий на транспорте : Тезисы докладов научной конференции. -М.: РАН, 1993.-С. 119-120

75. Смородинцева Е.Е., Шавзис С.С. Оптимальное использование резервов управления в железнодорожном узле. // Фундаментальные и прикладные исследования транспорту : Тезисы докладов. Часть 1. - Екатеринбург: УрГАПС, 1995. - С.208-209

76. Шавзис С.С. Оптимизация технологии работы железнодорожного узла. // Транспортные проблемы и развитие технологических процессов : Сборник науч. статей. Часть 1. Липецк: ЛГГУ, 1995. - С. 114-120

77. Шавзис С.С. Активизация динамических резервов в узле. // Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала : Межгосударственная научно-техническая конференция 16-20 мая 1995. Магнитогорск: МГМА, 1995. - С. 224

78. Шавзис С.С. Представление элементов структуры ж. д. узла в системе моделирования «Модус». // Фундаментальные и прикладные исследования транспорту-96. Часть 1. Екатеринбург: УрГАПС, 1996. -С. 91-92

79. Шавзис С.С. Оптимизация структуры железнодорожного узла. // Железнодорожный транспорт сегодня и завтра : Тезисы докладов юбилейной научно-технической конференции. Часть 1. Екатеринбург: УрГАПС, 1998.- С. 125

80. Александров А.Э., Шавзис С.С. Модель расчета оптимальной укрупненной структуры узла. // Математическое программирование и приложения (тезисы докладов) : Информационный бюллетень № 8. -Екатеринбург: Ассоциация мат. программирования, 1999.- С. 16-17

81. Шавзис С.С. Планирование поездообразования: новые подходы и решения. // Железнодорожный транспорт. М., 2003. - № 5. - С. 43^7