автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Организация адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью поструйного управления потоками порожняка

На правах рукописи

ОРГАНИЗАЦИЯ АДАПТИВНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПУНКТОВ МАССОВОЙ ПОГРУЗКИ И ВЫГРУЗКИ с помощью НОСТРУЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ПОРОЖНЯКА

05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Российский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи

Научный руководитель —

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Козлов Петр Алексеевич

доктор технических наук, Бородин Андрей Федорович; кандидат технических наук, профессор В альт Эрвин Брунович.

Ведущая организация -

Институт технико-экономических изысканий и проектирования железнодорожного транспорта "ГИПРОТРАНСТЭИ"

Защита состоится «16» декабря 2005 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.013.01 при Уральском государственном университете путей сообщения по адресу 620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66, ауд. 283.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке университета.

Автореферат разослан «Л» ноября 2005 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Р. Асадченко

хюогъя,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Значительная роль железнодорожного транспорта в экономике России определяется уникальными географическими параметрами государства. Переход отраслей экономики на рыночные отношения требует соответствующей оптимизации работы железнодорожного транспорта. Существующий механизм централизованного управления порожними вагонами опирается на техническое нормирование перевозочного процесса, в рамках которого разрабатывается месячный план передачи порожних вагонов между отделениями железных дорог. План рассчитывается ежемесячно в предположении стационарности веяичин регулировочных разрывов на дорогах и отделениях сети. В настоящее время даже в течение месяца колебания погрузки и выгрузки на сети имеют ярко выраженный характер, потоки порожних вагонов перестали быть стационарными В отрасли произошел переход от месячного плана перевозок к заявкам на перевозку, объем которых каждый конкретный грузоотправитель задает посуточно.

Перемены в стране повлекли за собой ряд изменений в принципах направления вагонопотоков, осуществлен переход от эксплуатации единого вагонного парка к парку, разделенному по видам собственности. Потоки порожних вагонов перестали быть однородными, возникла дифференциация стоимостей и требований к доставке вагонов различных типов и собственников. Потоки в нынешних условиях стали многоструйными и существенно динамическими.

Управление на сетевом уровне фактически ведется по усредненным показателям, а распределение и назначение конкретных порожних вагонов под заявки на перевозки ведется на нижестоящих уровнях управления, т.е. оперативная детальная информация о дислокации погрузочных ресурсов не является основополагающей. Местная работа по управлению порожними вагонами сильно затруднена:

- отсутствием информации о движении составов с гружеными и порожними вагонами на других дорогах;

- отсутствием оперативного прогноза зарождения порожних вагонов.

Это приводит к тому, что на сети периодически возникают ситуации острой недостачи порожняка, большого количества вагонов, отставленных в резерв и т.д. Отсутствие на сетевом уровне номерного контроля позволяет дорогам распоряжаться порожними вагонами по своему усмотрению. Довольно большая часть порожних вагонов при движении на станцию погрузки не имеет определенной станции назначения, она определяется в процессе движения. Такое обезличенное управление зачастую приводит к перепробегу вагонов в порожнем состоянии.

В этих условиях приобретает особую важность задача организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью по-струйного управления потоками порожняка с применением моделей, способных производить оптимизацию потоков в

Стремительное развитие возможностей вычислительной техники, доступность устройств хранения больших объемов информации, высокий уровень развития систем сбора оперативных данных на железнодорожном транспорте -все это позволяет задавать параметры оптимизационных моделей, близких к реальности, с помощью информационных хранилищ (ИХ).

Цель диссертационной работы состоит в разработке и реализации научно-методических принципов организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью поструйного управления потоками порожняка с применением моделей, способных производить оптимизацию потоков в условиях неравномерного образования и потребления порожняка. Адаптивное взаимодействие пунктов массовой погрузки и выгрузки производится за счет- достаточно точного прогнозирования момент ов образования порожняка по данным о движении груженых потоков;

- согласования в динамике ритмов образования порожняка с ритмами его потребления в пунктах погрузки с учетом параметров транспортной сети.

Оперативное управление порожняком реализуется с помощью специально разработанной автоматизированной системы.

Методика диссертационного исследования основывается на:

- обобщении результатов теоретических исследований и практики организации вагонопотоков на отечественных и зарубежных железных дорогах;

- анализе использования существующих автоматизированных систем в вопросах организации и управления вагонопотоками;

- анализе математических методов, применявшихся ранее к задачам такого рода;

- анализе отчетных и статистических данных о работе сети дорог, полученных, в том числе, и из информационных хранилищ.

При решении поставленных задач использовались методы математической статистки, теории исследования операций, теории информационных хранилищ, теории моделирования транспортных систем.

Научная новизна. Разработаны принципы и способы оптимизации адаптивного взаимодействия поставщиков, потребителей и транспорта в производственно-транспортной системе, где пункты массовой выгрузки и погрузки связаны с многоструйными потоками порожняка. Впервые, применяемый для этой цели метод динамического согласования, позволяет рассчитать оптимальный динамический процесс функционирования всех подсистем в соответствии с их адаптивными свойствами. Разработана методология расчета многодневного прогноза зарождения порожняка в зависимости от характеристик прибывающих груженых потоков и дислокации вагонов на момент расчета. Предложена методика использования для этого аппарата информационных хранилищ.

Разработан способ расчета оперативного плана передислокации порожняка на сети железных дорог для центра управления перевозками (ЦУП) ОАО РЖД с использованием динамических потоковых моделей. Разработан метод автоматизации принятия управленческих решений диспетчера ЦУП ОАО РЖД по выбору режимов суточного отправления порожняка железными дорогами и

отделениями дорог при рациональном взаимодействии пунктов массовой выгрузки и погрузки.

Практическая ценность работы заключается в том, что она направлена на совершенствование процессов оперативного управления потоками порожняка на железных дорогах России в целом. При обеспечении рационального взаимодействия пунктов массовой выгрузки и погрузки управление потоками порожняка как многоструйными позволит добиться согласования ритмов погрузки и выгрузки в условиях наличия на сети железных дорог подвижного состава различных типов, собственников, а также разных ритмов работы предприятий. В случае непредсказуемых всплесков запросов на порожняк, проблема нехватки перевозочных ресурсов будет решена до их отрицательного воздействия на пункты массовой погрузки.

Реализация и апробация работы. Результаты исследований, полученные в диссертации, использовались при разработке «Автоматизированной системы регулирования порожними контейнерами на основе динамических прогнозов», сданной в опытную эксплуатацию в Центре по перевозке грузов в контейнерах «ТрансКонтейнер», филиале ОАО РЖД, в 2004 году. В основу данной системы были положены алгоритмы и методики вычисления многодневного прогноза и оптимального плана передислокации порожних вагонов, адаптированные для потоков контейнеров.

Основные положения диссертации докладывались на:

- четвертой Международной конференции «Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций» (СА8С2004), г. Москва, 2004 г.;

- четвертой Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» (81СРЯО'2005), Москва, 2005 г.;

- второй Международной конференции «Параллельные вычисления и задачи управления» (РАСО'2004), Москва, 2004 г.;

- девятой и десятой Международных открытых научных конференциях "Современные проблемы информатизации в технике и технологиях", 2004 и 2005 г.г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, в т.ч. в 2 - без соавторства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (62 наименования), пяти приложений. Работа содержит 119 с. основного текста, три таблицы, 38 рисунков, 22 с. приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обоснована актуальность темы исследования.

Первая глава «Анализ теории и практики управления потоками порожних вагонов» содержит анализ принципов управления потоками порожних вагонов в России и за рубежом. Приводится анализ развития методов оптимизации управления порожними вагонами, освещается состояние вопроса прогнозирования вагонопотоков, излагается цель и ставятся задачи диссертации.

В настоящее время оперативная работа по регулированию парка порожних вагонов ведется по принципу обязательного выполнения утвержденных на текущий месяц технических норм. Они рассчитываются ежемесячно, в некоторых случаях определяются с подразделением по декадам. Процедура выработки технического плана состоит из нескольких этапов расчетов и согласований на дорожном и сетевом уровнях управления. Вычисление вариантов технического плана производится по критерию минимизации среднего порожнего пробега с учетом технологических ограничений. Оптимизационная модель базируется на транспортной задаче в статической постановке. Фактор времени в модели не присутствует, так как она разрабатывалась в предположении, что на протяжении месячного периода планирования объемы погрузки и выгрузки, а также интенсивность перевозок неизменны. Проведенный анализ работ, посвященных проблемам оперативного управления вагонопотоками, показал, что такой подход достаточно оправдал себя только в условиях плановой экономики и относительно стационарных и однородных транспортных потоков.

Однако с переходом к рыночным отношениям, эффективность управления потоками порожняка существенно снизилась. Потоки перестали быть однородными в силу появления многих собственников на вагоны, соответственно возникла дифференциация стоимостей и требований к доставке вагонов. Это требует перехода к поструйному управлению потоками порожняка с применением моделей, способных производить оптимизацию потоков в динамике, что позволит организовать адаптивное взаимодействие пунктов массовой погрузки и выгрузки. К таким моделям относятся динамическая транспортная задача с задержками (ДТЗЗ) и ее дальнейшее развитие - метод динамического согласования производства и транспорта (МДС), разработанные профессором П.А. Козловым.

Необходимо отметить, что для оптимизации потоков порожних вагонов в масштабе сети железных дорог России метод динамического согласования ранее не применялся.

Теоретическим базисом исследования послужили труды докторов технических наук А.А. Аветисяна, В.М. Акулиничева, В.И. Апатцева, Е.В. Архангельского, К.А. Бернгарда, Н.Е. Борового, А.Ф. Бородина, В.А. Буянова, П.С. Грунтова, Ю.В. Дьякова, Н.Д. Иловайского, B.C. Климанова, И.Т. Козлова, П.А. Козлова, В.И. Некрашевича, В.Т. Осипова, А.Т. Осьминина, А.П. Петрова, Е.А. Сотникова, И.Б. Сотникова, Е.М. Тишкина, Л.П. Тулупова, В.А. Шарова, В.Г. Шубко, кандидатов технических наук А.Э. Александрова, М.А. Александрова,

В.П. Амелина, В.И. Бодюла, A.B. Бугаева, В.К. Буяновой, Ф.С. Гоманкова, В.Ф. Григорюка, С.Г. Журавина, Н.Г. Мищенко, Ю.А. Негомедзянова, И.П. Новиковой, П.А. Пилипченко, В.Б. Положишникова, A.A. Поплавского, А.Т. Попова, Т.И. Рыбаковой, C.B. Трофимова, А.Д. Чернюгова, O.A. Шумской и других исследователей.

В главе определены основные направления исследования, обоснованы цель и структура работы.

Во второй главе «Математические модели оптимизации потоков порожних вагонов в динамике» представлено описание динамических оптимизационных моделей, предназначенных для организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки, а также обоснование их технологической применимости.

При помощи ДТЗЗ производится оптимизация потоков с учетом динамики образования и погрузки порожняка, динамики запасов и наличия порожняка в пути. Метод динамического согласования применен для согласования в динамике ритмов образования порожних вагонов с ритмами потребления (погрузки) порожняка в масштабе сети железных дорог России, что позволяет максимально задействовать имеющиеся динамические резервы за счет корректировки программы образования порожняка. Такое согласование производится по-струйно, то есть с учетом вида порожняка. Под видом порожняка подразумевается сочетание признаков собственности и типа подвижного состава.

Рассматривается транспортная сеть, состоящая из пунктов массовой погрузки и выгрузки. В роли таких пунктов выступают железнодорожные станции массовой погрузки или выгрузки, а также отдельные предприятия.

Образование порожних вагонов в пункте складывается за счет:

а) прибытия порожних вагонов;

б) прибытия и выгрузки груженых вагонов;

в) выгрузки груженых вагонов, находящихся в наличии в соответствующих пунктах.

Программа образования порожняка определяется путем прогнозирования, исходя из данных о движении груженых вагонов. При прогнозировании учитываются вагоны в движении и выгрузочные способности пункта. Методика прогнозирования описана в третьей главе.

План погрузки для всех пунктов известен из заявок на перевозки. Транспортные связи характеризуются пропускными способностями и временем хода вагонов.

Необходимо организовать подвод порожняка таким образом, чтобы на всем периоде планирования обеспечить удовлетворение потребностей пунктов по1рузки сети в порожних вагонах, сократив при этом их простои, затраты на передислокацию, а также затраты на перестройку программы образования порожних вагонов. С помощью перестройки этой программы осуществляется адаптивное согласование ритмов образования и потребления порожняка.

В качестве ресурса рассматриваются порожние вагоны, готовые к передислокации. Груженые, а также порожние вагоны, уже имеющие назначение, не являются объектом управления, но информация о них учитывается при прогнозировании образования порожняка.

Пусть транспортная сеть состоит из Р = пунктов, соединен-

ных направленными путями (р,, ), i * j, р,, е Р.

Рассмотрим временной период планирования [О,Г], который выбирается исходя из максимально возможного времени хода порожних вагонов на сети. Для каждого момента времени íeZa, tе[О,Г] на множестве Р пунктов сети определена функция производства qk (г) и потребления (г) порожних вагонов

А:-го вида к = 1 ,К.

Функция производства и функция потребления вычисляется единообразно следующим образом

= (1)

где a*(t) - прогноз образования порожняка вида к в пункте г на такте ?;

G* (/) - план погрузки порожних вагонов вида к в пункте i на такте /.

Для пункта р, массовой выгрузки функция производства будет положительна q* (t)> 0, для пункта р] массовой погрузки функция потребления будет отрицательна qt (t) < О, для транзитных пунктов qt (t) = 0. В качестве транзитных пунктов, в частности, могут выступать сортировочные станции.

Каждый путь (p¿,pt) характеризуется пропускной способностью

d (t)> 0, i Ф j, ограничивающей пропуск суммарного потока по всем видам порожняка. Величиной du(t) задается емкость пункта рг Длительность перевозки или время хода при движении по пути (р,,р;) обозначим величиной tv, tt е Z0. Назовем перевозкой ы* (í) группу порожних вагонов вида к, отправленных из пункта /з в момент времени t и прибывающих в пункт pj в момент времени t + t . Соответствующие стоимости передислокации порожняка обозначим с*(í). Если путь (p,,pj) отсутствует или t + tij>T, то полагаем

<(0 = о.

Для пункта образования порожних вагонов д задан запас и* (t), а также расходы ски(1) на хранение единицы запаса вида к порожних вагонов на такте t. Для пункта потребления p¡ аналогично задан запас и* (í) и расходы на хранение с* (í).

Введем корректирующие переменные ¿у*(г) в пунктах образования порожняка р,, означающие уменьшение объема образования порожних вагонов qk,(t) и, соответственно, увеличение q*(t-1) на величину 0)к(t) с производственными расходами c*(f) (рис. 1).

Рис. 1. Корректировка программы образования порожняка при помощи МДС

Такой перенос объемов образования порожняка на более ранние такты может быть осуществлен через:

- согласование ритмов работы пунктов массовой выгрузки с ритмами погрузки за счет форсирования процесса выгрузки вагонов определенного вида;

ускорения процесса образования порожняка определенного вида в пунктах массовой выгрузки за счет сокращения времени движения порожняка по струе.

В качестве критерия оптимальности примем экономический кршерий минимума транспортных расходов на передислокацию порожняка, расходов на хранение порожних вагонов и затрат на перестройку программы образования

J, + J2 + -> min, (2)

к т

где У, X С1 ' К (О " транспортные расходы на передислокацию по-

рожняка;

к г

J2 = J] Xе,* (0' Uu (0 " затраты на хранение запасов порожняка;

К т

J2 = ■ &>,' (г) - затраты на корректировку программы образования

1-1 1-е

порожняка, при ограничениях, задаваемых:

а) уравнениями динамики изменения запасов в пунктах образования порожняка

иЧ (t +1) = и[ (0 + qk, (0 - Xи* (Г) + й/ (f + 1) - (t); (3)

б) уравнениями динамики изменения запасов в пунктах погрузки

и*(г+1) = «>)+5Х ('-'„)+*,40;

л«'

в) начальными и конечными условиями

«;(0) = иям, <(7") = 0, 6>k(T)-0- (5)

i) условиями неотрицательности переменных запасов, поставок и корректирующих переменных

ul(t)> 0, /*,/, / = ®f(i)>0; (6)

д) пропускными способностями путей и емкостями пунктов

i*j, i = j. (7)

Метод решения сводится к разложению динамического потока в статический, решению статической транспортной задачи на сети и обратному преобразованию, но уже с известными значениями потоков.

Третья глава диссертации «Автоматизация прогноза образования порожних вагонов» посвящена разработанной модели оперативного прогноза, с помощью которой определяется прогноз образования порожняка на станциях й'(0> необходимый для вычисления функции производства и потребления

К наиболее значимым особенностям модели можно отнести следующее:

- обеспечивается вычисление многодневного прогноза, исходной информацией для которого являются данные действующих оперативных систем о дислокации груженых и порожних вагонов;

- производится прогнозирование образования порожних вагонов на станциях сети, а также объемов передачи через дорожные стыковые пункты;

- параметры модели вычислены статистическими методами по данным информационных хранилищ (ИХ);

- модель способна отслеживать суточную динамику потоков порожняка.

Информация о дислокации вагонов доступна в автоматизированной системе ДИСПАРК. По каждому вагону с уникальным номером п имеется информация о состоянии, станции дислокации у, станции назначения у, времени г„ последней операции на момент считывания данных о дислокации. Прогнозирование ведется отдельно по каждому виду порожняка. Порожняк, двигающийся в кольцевых маршрутах, не рассматривается.

Модель прогноза базируется на межстанционных временах хода t., которые вычисляются в зависимости от ситуации прогнозирования на основе анализа ретроспективных данных в PIX. Виды ситуаций прогнозирования могут быть следующими:

- прибытие груженого вагона на станцию назначения и выгрузка;

- прибытие порожнего вагона на станцию погрузки;

- передача порожнего вагона через дорожный стыковой пункт (дорожный стык).

Рассмотрим прогноз образования порожних вагонов из груженых. Прогнозный момент образования порожнего вагона с номером п вычисляется по формуле

= + (8)

где в данном случае

- усредненное время хода груженых вагонов от станции дислокации у до станции у с учетом времени их освобождения на станции у . Прогноз прибытия порожних вагонов на станцию погрузки вычисляется аналогично, при этом в качестве t- берется усредненное время хода порожних

вагонов между станциями у и у.

Тогда общий прогноз образования а~(0 порожних вагонов вида к на станции у вычисляется по формуле

+ Г), (9)

где - прогнозное количество порожних вагонов вида к, образую-

щихся на станции у в интервале времени г из вагонов, которые на момент запроса информации о дислокации находились в груженом состоянии; у) - прогнозное количество порожних вагонов вида к, прибывающих в интервале времени 1 на станцию у . При вычислении прогноза учитываются выгрузочные способности станций за счет количественного ограничения образующихся после выгрузки вагонов и переноса «излишков» на следующие сутки.

Прогноз передачи порожних вагонов через дорожные стыковые пункты базируется на временах хода порожних вагонов от станции дислокации у

до дорожного стыкового пункта ст. Соответствующие времена вычислены в зависимости от последовательности т дорожных стыковых пунктов, которые проходил поток при движении от станции дислокации у до станции у. Для этого были исследованы варианты движения порожних вагонов через дорожные стыковые пункты и определены доли потоков ¡3^ е Л, 0 < < 1 каждого варианта от общего потока вагонов между этими станциями (рис. 2).

Рис. 2. Схема потоков порожних вагонов через дорожные стыковые

пункты а

Прогнозное количество порожних вагонов, проходящих дорожный стыковой пункт а в интервале времени г будет равно целой части от величины ад (?), вычисляемой по формуле

Г Г "

где (?) - количество порожних вагонов на станции у, имеющих станцию назначения у, прогнозное время прибытия которых на дорожный стыковой пункт ст попадает в интервал t при движении способом т.

Ввиду ограниченности доступной информации для построения сложных моделей прогнозирования, в данной работе вычисление времен хода проводилось несколькими методами обработки совокупности наблюдений о движении вагонов. Все рассмотренные методы дают разные результаты в зависимости от ситуации прогнозирования и вида порожняка.

Были рассмотрены следующие методы:

1. Метод вычисления среднего времени хода 1. на всей совокупности наблюдений. Среднее значение вычисляется как математическое ожидание.

2. Метод вычисления наиболее вероятного времени хода /Т1' на всей совокупности наблюдений. Исходные времена хода округлены до 1 часа для времен, не превышающих 24 часа, остальные округлены до 10 часов.

3. Метод вычисления медианы на всей совокупности наблюдений. В

качестве медианы используется такое значение времени хода, при котором количество наблюдений с меньшими медианы временами хода равно количеству наблюдений с большими временами хода.

4. Метод вычисления времени хода, соответствующего медиане на

модифицированной совокупности наблюдений. Модификация совокупности наблюдений заключается в принудительном сближении величин медианы и математического ожидания посредством усечения множества наблюдений. С этой целью для тех пар станций у, у, для которых разность медианы и среднего превышает 6 часов, из исходного множества удаляются наблюдения, для которых выполняется условие

I (со) >2 таэх(теа(г ), I ),

(П)

где г^ (со) - время хода для наблюдения со;

те<1(х^) - значение медианы;

к - значение среднего.

Этот метод в данной работе называется методом сведения распределения к «псевдо-нормальному» виду.

Разработана методика проверки модели прогноза, основанная на количественном сопоставлении прогнозных и фактических величин для разных глубин прогнозирования.

На примере порожних полувагонов инвентарного парка ОАО РЖД проведена проверка прогноза образования порожних полувагонов из груженых. На рис. 3 показано фактическое и прогнозное образование порожняка на всех станциях России для глубины прогнозирования 0 суток. Анализ отклонений прогнозных значений от фактических показал наилучшую достоверность прогноза, основанного на методе вычисления наиболее вероятного времени хода. Другие рассмотренные методы обладают «инертностью», что приводит к существенным ошибкам прогнозирования, особенно для глубин прогнозирования О и 1 сутки.

04.02.04 09.02.04 14.02.04 19.02.04 24 02.04

Дата освобождения

-Фактическое освобождение

---Метод вычисления среднего времени иэда

—*— Метод вычисления медианы

—*— Метод сведения распределения к "псевдо-нормальному" виду —в— Метод вычисления наиболее вероятного времени хода

Рис. 3. Сравнение различных методов вычисления времен хода при прогнозировании образования порожних вагонов из груженых

Также проведена проверка прогнозирования передачи порожняка через дорожные стыковые пункты. На рис. 4 представлен график фактической и прогнозной передачи порожних крупнотоннажных контейнеров собственности ОАО РЖД по дорожному стыку Кошта. При прогнозировании использовался метод вычисления наиболее вероятного времени хода. Проведенные исследова-

ния показали, что этот метод обеспечивает различную точность прогнозирования в зависимости от наличия на пути следования порожняка сортировочных станций и станций смены локомотива. Так, при прогнозировании передачи порожних контейнеров через дорожный стык Черусти, существенное влияние на точность прогнозирования оказывают задержки, связанные со сменой локомотивов на станции Вековка.

Отчетные сутки

* Фактическое количество —в— Прогноз, глубина 0 суток -А--Прогноз, глубина 1 сутки ••-■о-- -Прогноз, глубина 2 суток

Рис. 4. Результат прогнозирования передачи по дорожному стыку Кошта порожних контейнеров методом наиболее вероятного значения

Проверка продемонстрировала способность модели к отслеживанию динамики потоков порожняка.

Четвертая глава диссертации «Исследование принципов адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки» посвящена реализации научно-методических принципов организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью поструйного управления потоками порожняка.

Сформулированы следующие основные принципы управления порожняком в условиях неравномерности потоков:

1. Потоки порожняка рассматриваются как многоструйные. Формирование плана передислокации порожняка ведется отдельно по каждому виду порожняка.

2. Оптимизация производится на сетевом уровне в оперативном режиме минимум один раз в сутки.

3. Основные параметры транспортных потоков на сета вычисляются с использованием статистических методов на основе хранилищ данных.

4. Управление потоками порожних вагонов производится при следующем порядке взаимодействия с оперативными системами:

- чтение данных о дислокации груженых и порожних вагонов из системы ДИСПАРК;

- чтение информации о заявках на перевозки из автоматизированной системы подготовки и оформления перевозочных документов ЭТРАН;

- контроль исполнения оперативного плана путем передачи данных о закреплении порожних вагонов в систему ДИСПАРК.

5. Адресное управление порожняком. Вычисляемый оперативный план передислокации содержит данные о пунктах отправления и назначения порожних вагонов. Порожние вагоны получают назначение.

6. Управление ведется в диалоговом режиме. Регулирование приоритетов в обеспечении заявок порожними вагонами осуществляется путем влияния на стоимостные параметры оптимизационной модели. Параметры модели варьируются отдельно для каждой струи потока (каждого вида порожняка).

Разработана технология централизованного оперативного управления порожняком, включающая следующие пять основных этапов.

На первом этапе, на сетевом уровне в ЦУП вычисляется прогноз образования порожняка по информации о текущей дислокации погрузочных ресурсов. Привлечение данных о текущих заявках на перевозки позволяет оценивать обеспечение заявок сразу для всех важнейших пунктов сети.

На втором этапе в ЦУП производится вычисление оперативного плана передислокации порожняка при помощи МДС. Производится оценка обеспечения пунктов погрузки порожними вагонами после проведения оптимизации. В случае необходимости проводится корректировка параметров оптимизационной модели и перерасчет оперативного плана передислокации. При этом регулируются стоимости передислокации, стоимости хранения, а также параметры корректировки программы образования порожняка.

Третий этап начинается после выработки варианта плана передислокации, который в наибольшей степени отвечает всем требованиям. Далее план согласовывается в ЦУП и передается в службы движения дорог в качестве рекомендательного для расчета сменного плана работы по отдельным направлениям дороги.

На четвертом этапе, на основании текущих заявок на перевозку и полученного из ЦУП плана передислокации порожняка, службы движения дорог вырабатывают детальный план работы с порожними вагонами с указанием станций отправления и назначения. Код станции назначения для этих вагонов отражается в системе ДИСПАРК. Для дальнейшего контроля исполнения плана передислокации в системе ДИСПАРК задействуется специальный признак закрепления.

На пятом этане осуществляется контроль исполнения выработанного плана передислокации порожняка средствами системы ДИСПАРК. Контроль заключается в запрете расформирования составов с закрепленными вагонами не на станции назначения.

В следующем цикле планирования новый план передислокации будет вычисляться только для вагонов, которые не закреплены за ранее согласованными планами передислокации. Вагоны, которые движутся в соответствии с ранее согласованными планами, продолжают двигаться на станции своего назначения (принцип адресного управления). Таким образом, при непрерывном планировании, управляющее воздействие оказывается только на незакрепленные вагоны.

Данная технология централизованного оперативного управления порожними вагонами обеспечит решение следующих задач:

1. Переход на оперативное централизованное управление порожняком в условиях суточных колебаний погрузки и выгрузки.

2. Обеспечение диспетчеров всех уровней оперативным прогнозом образования порожняка.

3. Повышение качества обслуживания предприятий в части обеспечения порожними вагонами. Повышение надежности доставки порожняка под погрузку за счет динамического согласования ритмов погрузки и выгрузки, системного контроля доставки порожняка.

4. Одновременное планирование доставки порожнего подвижного состава различных типов, собственников.

5. Повышение эффективности использования порожняка.

В разработанной технологии объемы сдачи по дорожным стыковым пунктам не являются объектом управления, они необходимы только для мониторинга, что приведет к отходу от ведения управления через регулирование объемов передачи вагонов по стыковым пунктам дорог и отделений.

Получаемые оперативные планы передислокации будут в целом адекватны перевозочному процессу, так как параметры моделей получены на основе ретроспективной информации о перевозочном процессе.

В соответствии с вышеописанными принципами осуществлена практическая реализация «Автоматизированной системы регулирования порожними контейнерами на основе динамических прогнозов». Система находится в опытной эксплуатации в Центре по перевозке грузов в контейнерах «ТрансКонтейнер», филиале ОАО РЖД. Система позволяет проводить вычисление оптимального (в смысле минимизации порожнего пробега) посуточного плана передислокации порожних крупнотоннажных контейнеров с учетом заявок на перевозки и складывающейся обстановки на сети дорог. Прогноз образования порожняка и оптимальный план передислокации вычисляется с детализацией до станций. В оптимизационной модели присутствует 512 станций, имеющих контейнерные пункты. Данные по наличию, подходу порожняка и заявкам на перевозки в контейнерах отображаются в удобном для восприятия виде на схеме дорог России, а также в виде различных гистограмм и таблиц.

С помощью данной системы проведены вычисления оперативных планов передислокации порожних контейнеров, которые содержат следующий набор показателей:

- вид порожняка;

- станция дислокации порожняка;

- станция погрузки;

- количество единиц порожняка данного вида для передислокации со станции дислокации на станцию погрузки;

- момент времени начала передислокации.

Анализ решений показывает увеличение потенциального обеспечения заявок на перевозки в результате оптимизации потоков порожних крупнотоннажных контейнеров собственности ОАО РЖД на сети станций России (рис. 5).

21.04.2005 22 04 2005 23 04.2005 24 04.2005 25 04.2005 26 04 2005 Отчетные сутки

в Прогноз образования порожних контейнеров на всех станциях ■ Обеспечение заявок образующимися порожними контейнерами И Обеспечение заявок в результате оптимизации потоков □ Заявки на перевозку

Рис. 5. Прирост обеспечения заявок на перевозки на ж.д. станциях погрузки контейнеров в результате оптимизации

Как видно из гистограммы, обеспечение заявок на нулевом такте до и после оптимизации изменяется незначительно. Это связано с тем, что большое количество порожних контейнеров на момент оптимизации располагались на значительном удалении от станций погрузки, а для передислокации требовалось существенное (более суток) время.

Отметим, что проблема слабого обеспечения заявок на ранних тактах устраняется путем введения механизма закрепления порожняка за вычисленным планом, который описан выше. В этом случае каждый новый расчет оптималь-

ного плана передислокации будет зависеть от результатов предыдущей оптимизации потоков.

Исследовано влияние периода планирования на структуру получаемых оптимальных планов передислокации при оптимизации потоков порожняка. С увеличением периода планирования задействуются все более удаленные станции - поставщики порожняка (таблица 1), происходит перераспределение потоков. В таблице отражены фрагменты планов передислокации порожних крупнотоннажных контейнеров собственности ОАО РЖД в адрес Московской дороги, вычисленных для даты планирования 25.04.2005 г.

Таблица 1

Структура потоков порожних контейнеров в адрес станций _____погрузки Московской ж.д.___

Дорога отправления Период планирования, сут.

6 10 15 20

Октябрьская 0 0 0 0

Калининградская 0 0 0 0

Московская 346 317 317 323

Горьковская 6 17 17 17

Северная 0 0 0 0

Северо-Кавказская 0 0 0 0

Юго-Восточная 1 0 0 0

Приволжская 0 0 0 0

Куйбышевская 7 1 1 1

Свердловская 101 87 98 107

Южно-Уральская 10 19 36 19

Западно-Сибирская 0 76 76 76

Красноярская 0 129 129 129

Восточно-Сибирская 0 7 9 9

Забайкальская 0 0 0 0

Дальневосточная 0 0 0 41

Сахалинская 0 0 0 0

Время вычисления плана передислокации сильно зависит от периода планирования. Время вычисления одного варианта плана передислокации на рассматриваемой сети из 512 станций варьируется от 1 минуты до 15 минут при периоде планирования 10 и 20 суток соответственно. Данные приведены для компьютера на базе процессора «Pentium 4» с тактовой частотой 2,4 ГГц.

Также разработан прототип автоматизированной системы управления порожними полувагонами инвентарного парка ОАО РЖД. Вычисления ведутся на сети отделений ж.д. России (около 70).

План передислокации может вычисляться с временным тактом, меньшим периода определения информации по заявкам на перевозки, что особенно актуально для пунктов массовой погрузки порожняка. Эта возможность реализована с помощью модифицированного МДС, в котором обеспечивается корректиров-

ка программы потребления порожняка на глубину 1 сутки. Таким образом, достигается более подробная детализация обеспечения заявок внутри суток и одновременно вычисляется оптимальный план передислокации порожняка.

На рис. 6 показаны результаты вычисления оперативного плана передислокации для порожних полувагонов инвентарного парка ОАО РЖД. Анализ решения показывает возможность обеспечения суточных заявок на перевозки при реализации вычисленного плана передислокации. Темные столбцы на данном графике обозначают детализированную до двух часов потребность Кузбасского отделения Западно-Сибирской ж.д. в порожних полувагонах. Расчеты проводились с периодом планирования пять суток, в одних сутках 12 тактов, нулевой такт соответствует началу отчетных суток 26.11.2003.

Произведена оценка эффекта от внедрения разработанных моделей в масштабе России на примере порожних полувагонов инвентарного парка ОАО РЖД. Управление по критерию минимизации времени движения вагонов в порожнем состоянии позволит сократить порожний пробег не менее чем на 5%. Эта величина получена на основе сопоставления фактического порожнего пробега полувагонов и возможного кратчайшего порожнего пробега за одинаковый период времени. Расчеты проводились по данным информационного хранилища вагонной модели.

ю о

100

Время (такты)

■ Процент удовлетворения суточных заявок на такте □ Накопительный процент удовлетворения суточной заявки

Рис. 6. Динамика удовлетворения суточных заявок на перевозки в полувагонах

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили разработать методологию рационального адаптивного взаимодействия пунктов массовой выгрузки и погрузки при оптимальном управлении многоструйными потоками порожняка. Это даст возможность снизить потери производства и транспортные затраты. При этом получены следующие результаты.

1. Анализ показал, что в современных условиях потоки порожних вагонов следует рассматривать как многоструйные и динамические. Изучение основных черт и особенностей функционирования относительно замкнутой системы, состоящей из пунктов массовой выгрузки, погрузки и связанных многоструйными потоками порожних вагонов, показало, что эффективная работа данной системы может быть достигнута через организацию адаптивного взаимодействия пунктов массовой выгрузки и погрузки.

2. Для формализованного описания адаптивного взаимодействия применен метод динамического согласования (МДС). Это позволило построить оптимизационную модель динамического согласования ритмов образования порожних вагонов с ритмами потребления (погрузки) порожняка в масштабе сети железных дорог России. Адаптивное управление позволяет в случае непредсказуемых всплесков запросов на порожние вагоны решить проблему нехватки перевозочных ресурсов или же полностью устранить причины ее появления.

3. Разработана модель оперативного прогноза образования порожняка по данным о груженых потоках и дислокации подвижного состава. Применяется несколько методов вычисления времен хода: метод вычисления среднего по всей совокупности наблюдений, метод вычисления наиболее вероятного, метод вычисления медианы, специальный метод сведения распределения к «псевдонормальному» виду. Проведена проверка точности прогнозирования на примере полувагонов и крупнотоннажных контейнеров инвентарного парка ОАО РЖД. Проверка продемонстрировала способность модели к отслеживанию динамики потоков порожняка. Лучшую точность прогнозирования продемонстрировал метод вычисления наиболее вероятного времени хода.

4. Текущее состояние инфраструктуры информатизации железных дорог позволяет широко использовать ретроспективные данные информационных хранилищ для анализа потоков и вычисления параметров моделей. В данной работе параметры оптимизационной и прогнозной моделей вычисляются статистическими методами по данным информационного хранилища.

5. Получение оперативного плана передислокации порожних вагонов предлагается производить на сетевом уровне управления в диалоговом режиме. Разработана технология централизованного оперативного управления порожняком. Технология включает в себя следующие основные этапы: вычисление прогноза образования порожняка, процесс оптимизации потоков, корректировка оперативного плана, передача плана на нижестоящие уровни управления, контроль исполнения плана.

6. Осуществлена практическая реализация автоматизированной системы управления порожними контейнерами и прототипа автоматизированной системы управления порожними полувагонами. Проведены вычисления опера гивно-

го плана передислокации порожних контейнеров и полувагонов на территории России. Анализ решений показывает увеличение обеспечения заявок на перевозки в результате оптимизации потоков порожняка. Исследовано влияние периода планирования на структуру получаемых оптимальных планов передислокации при оптимизации потоков порожняка.

7. Произведена оценка эффекта от внедрения разработанных моделей в масштабе России. Управление потоками порожних полувагонов инвентарного парка ОАО РЖД в динамике по критерию минимизации времени движения вагонов в порожнем состоянии позволит сократить порожний пробег не менее чем на 5%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих изданиях.

1. Соболев A.B. Разработка модели оперативного управления порожними вагонами на территории России // Труды II Международной конференции «Параллельные вычисления и задачи управления» РАСО '2004. Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2004. - С.272-283.

2. Соболев A.B. Разработка комплекса поддержки принятия решений в управлении контейнерными перевозками // Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций (CASC'2004). Труды 4-й Международной конференции в 2-х томах. Том 2 / Под ред. В.И. Максимова. М.: Институт проблем управления РАН.-2004.-С. 160-162.

3. Соболев A.B., Положишников В.Б. Автоматизированная управляющая система оперативного регулирования парка порожних вагонов на базе динамических моделей // Современные проблемы информатизации в технике и технологиях: Сб. трудов. Вып. 9/ Под ред. д.т.н., проф. О.Я.Кравца - Воронеж: Издательство «Научная книга», 2004. - С.248-249.

4. Соболев A.B., Корюхина Т.Н., Положишников В.Б., Чивикова О.М. Разработка модели оперативного прогноза образования порожних вагонов на сети железных дорог России // Труды IV Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO '05. Москва, 25-28 января 2005 г. Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2005. - С. 1543-1552.

5. Корюхина Т.Н., Положишников В.Б., Соболев A.B. Применение динамических прогнозов в задаче оперативного управления парком порожних вагонов // Управление большими системами / Сборник трудов. Выпуск 10. Общая редакция - Д.А. Новиков. М.: ИЛУ РАН, 2005. - С.81-86.

6. Положишников В.Б., Соболев A.B. Внутреннее регулирование в системе управления парком порожних вагонов // Современные проблемы информатизации в технике и технологиях: Сб. трудов. Вып. 10/ Под ред. д.т.н., проф. О.Я.Кравца- Воронеж: Издательство "Научная книга", 2005. - С.167-168.

СОБОЛЕВ Алексей Викторович

ОРГАНИЗАЦИЯ АДАПТИВНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПУНКТОВ МАССОВОЙ ПОГРУЗКИ И ВЫГРУЗКИ С ПОМОЩЬЮ ПОСТРУЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ПОРОЖНЯКА

05.22.08 — Управление процессами перевозок

Лицензия на издательскую деятельность ИД03581 от 19.12.2000 г.

Подписано в печать 10.11.05 Бумага писчая № 1 Формат 60х90'/16 Усл. п.л. 1.4 Уч.-изд.л. 1.2 Тираж 100 экз. Заказ 300

Типография УрГУПС, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66

№ 2 2 2 6 J

РНБ Русский фонд

2006-4 17953

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ПОРОЖНИХ ВАГОНОВ.

1.1. Развитие принципов управления потоками порожних вагонов.

1.2. Основные черты процесса управления порожними вагонами.

1.3. Актуальность проблемы. Цель и задачи исследования.

1.4. Выбор метода исследования.

1.5. Принципы управления парком порожних вагонов в условиях неравномерности потоков.

Выводы по 1 главе.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ ПОТОКОВ ПОРОЖНИХ ВАГОНОВ В ДИНАМИКЕ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Модель оптимизации однородных потоков порожних вагонов в матричной форме.

2.3. Задача оптимизации однородных потоков порожних вагонов в сетевой форме.

2.4. Модель поструйной оптимизации потоков порожних вагонов.

2.5. Модель динамического согласования выгрузки и погрузки.

2.6. Подход к управлению потоками порожних вагонов при использовании подсистемы с внутренним регулированием.

Выводы по 2 главе.

ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОГНОЗА ОБРАЗОВАНИЯ ПОРОЖНИХ ВАГОНОВ.

3.1. Описание информационного хранилища вагонной модели.

3.2. Постановка задачи.

3.3. Прогноз образования порожних вагонов на станциях сети.

3.4. Прогноз суточной передачи порожних вагонов по дорожным стыковым пунктам.

3.5. Оценка точности прогнозирования.

3.6. Реализация подсистемы статистического анализа параметров транспортных потоков.

Выводы по 3 главе.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ АДАПТИВНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПУНКТОВ МАССОВОЙ ПОГРУЗКИ И ВЫГРУЗКИ.

4.1. Управление взаимодействием пунктов массовой погрузки и выгрузки.

4.2. Технология централизованного оперативного управления порожними вагонами.

4.3. Особенности непрерывного управления потоками порожних вагонов.

4.4. Прототип автоматизированной системы регулирования порожними полувагонами.

4.5. Автоматизированная система оптимизации регулирования порожними контейнерами на основе динамических прогнозов.

4.6. Анализ результатов оптимизации потоков.

4.6.1. Исследование динамики заявок на перевозки и образования порожних контейнеров.

4.6.2. Управление приоритетами при оптимизации.

4.6.3. Влияние периода планирования на структуру оптимальных потоков.

4.7. Оценка эффективности управления потоками порожних вагонов при оперативном управлении.

Выводы по 4 главе.

Значительная роль железнодорожного транспорта в экономике России определяется уникальными географическими параметрами государства. Переход отраслей экономики на рыночные отношения требует соответствующей оптимизации работы железнодорожного транспорта.

Существующий механизм централизованного управления порожними вагонами опирается на техническое нормирование перевозочного процесса, в рамках которого разрабатывается месячный план передачи порожних вагонов между отделениями железных дорог. План рассчитывается ежемесячно в предположении стационарности величин регулировочных разрывов на дорогах и отделениях сети. В настоящее время даже в течение месяца колебания погрузки и выгрузки на сети имеют ярко выраженный характер, потоки порожних вагонов перестали быть стационарными. В отрасли произошел переход от месячного плана перевозок к заявкам на перевозку, объем которых каждый конкретный грузоотправитель задает посуточно.

Перемены в стране повлекли за собой ряд изменений в принципах направления вагонопотоков, осуществлен переход от эксплуатации единого вагонного парка к парку, разделенному по видам собственности на вагоны. Потоки порожняка перестали быть однородными, возникла дифференциация стоимостей и требований к доставке вагонов различных собственников. Обобщая, можно сказать, что потоки в нынешних условиях стали многоструйными и существенно динамическими.

Управление на сетевом уровне фактически ведется по усредненным показателям, а распределение и назначение конкретных порожних вагонов под заявки на перевозки ведется целиком на нижестоящих уровнях управления, т.е. оперативная детальная информация о дислокации погрузочных ресурсов не является основополагающей. Местная работа по управлению порожними вагонами сильно затруднена:

- отсутствием информации о движении составов с гружеными и порожними вагонами на других дорогах;

- отсутствием оперативного прогноза зарождения порожних вагонов.

Это приводит к тому, что на сети периодически возникают ситуации сильной неравномерности подачи вагонов под погрузку, большого количества вагонов, отставленных в резерв, острой нехватки порожняка и т.д. Отсутствие на сетевом уровне номерного контроля использования порожних вагонов позволяет дорогам распоряжаться порожними вагонами по своему усмотрению, выделяя вагоны по степени пригодности. Довольно большая часть порожних вагонов при движении на станцию погрузки не имеет определенной станции назначения, она определяется в процессе движения. Такое обезличенное управление зачастую приводит к перепробегу вагонов в порожнем состоянии.

В этих условиях приобретает особую важность задача организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью поструйного управления потоками порожняка с применением моделей, способных производить оптимизацию потоков в динамике. Стремительное развитие возможностей вычислительной техники, доступность устройств хранения больших объемов информации, высокий уровень развития систем сбора оперативных данных на железнодорожном транспорте - все это позволяет задавать параметры оптимизационных моделей, близкие к реальности, с помощью информационных хранилищ (ИХ).

Цель диссертационной работы состоит в разработке и реализации научно-методических принципов организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью поструйного управления потоками порожняка с применением моделей, способных производить оптимизацию потоков в условиях неравномерного образования и потребления порожняка. Адаптивное взаимодействие пунктов массовой погрузки и выгрузки производится за счет:

- достаточно точного прогнозирования моментов образования порожняка по данным о реальной дислокации порожних и груженых вагонов;

- согласования в динамике ритмов образования порожняка с ритмами его потребления в пунктах погрузки с учетом параметров транспортной сети.

Оперативное управление порожняком реализуется с помощью специально разработанной автоматизированной системы.

Теоретическим базисом исследования послужили труды докторов технических наук А.А. Аветикяна, В.М. Акулиничева, В.И.Апатцева, Е.В. Архангельского, К.А. Бернгарда, Н.Е. Борового, А.Ф. Бородина, В.А. Буянова, П.С. Грунтова, Ю.В. Дьякова, Н.Д. Иловайского, B.C. Климанова, И.Т. Козлова, П.А. Козлова, В.И. Некрашевича, В.Т. Осипова, А.П. Петрова, Е.А. Сотникова, И.Б. Сотникова, Е.М. Тишкина, Л.П. Тулупова, В.А. Шарова, кандидатов технических наук А.Э. Александрова, М.А. Александрова, В.П. Амелина, В.И. Бодюла, А.В. Бугаева, В.К. Буяновой, Ю.В. Былинского, Ф.С. Гоманкова, В.Ф. Григорюка, О.А. Жабровой, С.Г. Журавина, Ю.Е. Лукьянова, Н.Г. Мищенко, Ю.А. Негомедзянова, И.П. Новиковой, П.А. Пилипченко, В.Б. Положишникова, А.А. Поплавского, А.Т.Попова, Т.И. Рыбаковой, С.В. Трофимова, А.Д. Чернюгова, О.А. Шумской и других исследователей.

На защиту выносятся следующие основные результаты исследования. 1. Модель динамического согласования ритмов образования и потребления порожних вагонов с учетом возможностей транспорта и с учетом деления потоков порожняка по различным признакам (по собственнику, роду подвижного состава, степени пригодности и т.д.).

2. Модель оперативного прогноза образования порожних вагонов по данным о дислокации груженых и порожних вагонов. Прогнозирование образования порожних вагонов ведется на станциях и отделениях выгрузки, а также на дорожных стыковых пунктах.

3. Методология гибкого взаимодействия пунктов погрузки и выгрузки с помощью адаптивного поструйного управления потоками порожних вагонов.

4. Принципы контроля выполнения оперативного плана передислокации порожних вагонов.

На основе указанных результатов разработана и внедрена «Автоматизированная система управления порожними контейнерами на основе динамических прогнозов», разработан прототип автоматизированной системы управления порожними полувагонами.

Выводы по 4 главе

1. Разработана технология централизованного оперативного управления порожняком. Технология включает в себя следующие основные этапы: вычисление прогноза образования порожняка, процесс оптимизации потоков, корректировка оперативного плана, передача плана на нижестоящие уровни управления, закрепление вагонов и контроль исполнения плана.

2. Определен порядок непрерывного планирования порожних потоков. Управляющее воздействие должно оказываться только на незакрепленные вагоны. Порожние вагоны приобретают назначение. Функции автоматического контроля над продвижением порожняка предлагается возложить на систему ДИСПАРК.

3. В разработанной технологии объемы сдачи по дорожным стыковым пунктам не являются объектом управления, они необходимы только для мониторинга. При этом получаемые решения МДС увязаны с техническими нормами перевозочного процесса и с планом формирования.

4. Указан способ планирования порожних вагонопотоков с одновременной оценкой возможности исполнения заявок.

5. Осуществлена практическая реализация автоматизированной системы управления порожними контейнерами и прототипа автоматизированной системы управления порожними полувагонами. Проведены вычисления оперативных планов передислокации порожних контейнеров и полувагонов на территории России. Анализ решений показывает увеличение обеспечения заявок на перевозки в результате оптимизации потоков порожняка на всем периоде планирования. Используется программный комплекс динамической оптимизации потоков на сетях «Планировщик».

6. Исследован характер обеспечения заявок на перевозки с учетом оптимального плана передислокации. При однократной оптимизации для ранних тактов прирост обеспечения заявок незначителен. Эта проблема решается переходом к непрерывной оптимизации, при которой каждый новый расчет оптимального плана передислокации будет зависеть от результатов предыдущей оптимизации потоков.

7. Исследовано влияние периода планирования на структуру вычисленных потоков порожняка. Вычисления производились для периодов планирования 6, 10, 15 и 20 суток. Также проведен анализ коррекции структуры потоков порожних контейнеров при варьировании стоимостей передислокации.

8. Произведена оценка сокращения порожнего пробега в результате внедрения сформулированных в диссертации принципов управления. Управление потоками порожних полувагонов инвентарного парка РЖД в динамике по критерию минимизации времени движения вагонов в порожнем состоянии позволит сократить порожний пробег не менее чем на 5 процентов.

120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящем диссертационном исследовании разработаны и реализованы научно-методические принципы организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью поструйного управления потоками порожняка с применением моделей, способных производить оптимизацию потоков в условиях неравномерного образования и потребления порожняка.

Установлено, что с переходом к рыночным отношениям, изменились принципы направления вагонопотоков. Это отразилось на характере потоков, произошел переход от эксплуатации единого вагонного парка к парку, разделенному по видам собственности на вагоны. Потоки порожних вагонов перестали быть однородными, возникла дифференциация стоимостей и требований к доставке вагонов различных типов и собственников. Потоки в нынешних условиях стали многоструйными и существенно динамическими.

Изучение основных черт и особенностей функционирования замкнутой системы из пунктов массовой погрузки, выгрузки, а также многоструйных потоков порожних вагонов, показало, что эффективная работа данной системы может быть достигнута через управление адаптивным взаимодействием.

Сформулированы принципы адаптивного взаимодействия. Адаптивное взаимодействие пунктов массовой погрузки и выгрузки должно производиться за счет:

- достаточно точного прогнозирования моментов образования порожняка по данным о реальной дислокации подвижного состава;

- согласования в динамике ритмов образования порожняка с ритмами его потребления в пунктах погрузки с учетом параметров транспортной сети.

В данной работе задача организации адаптивного взаимодействия пунктов массовой погрузки и выгрузки с помощью поструйного управления потоками порожняка решается с помощью моделей, способных производить оптимизацию потоков в условиях неравномерного образования и потребления порожняка. К таким моделям относятся динамическая транспортная задача с задержками (ДТЗЗ) и ее дальнейшее развитие - метод динамического согласования производства и транспорта (МДС).

Одной из особенностей данной работы является использование информационных хранилищ (ИХ) в качестве источника статистических данных.

Разработана модель оперативного прогноза образования порожних вагонов по данным о их текущей дислокации. Особенность модели состоит в том, что она базируется на межстанционных временах хода, вычисленных по данным информационного хранилища. Применяется несколько методов вычисления времен хода: метод вычисления среднего по всей совокупности наблюдений, метод вычисления наиболее вероятного, метод вычисления медианы, специальный метод сведения распределения к «псевдонормальному» виду.

Исследована точность прогнозирования всех четырех методов на примере полувагонов и крупнотоннажных контейнеров инвентарного парка РЖД. Наилучшую точность обеспечил метод вычисления наиболее вероятного времени хода. Данный метод позволяет получать приемлемые результаты даже в условиях сильной неравномерности выгрузки. Другие рассмотренные методы обладают «инертностью», что приводит к существенным ошибкам для малой глубины прогнозирования. Также сделан вывод о способности модели к отслеживанию динамики потоков порожняка.

Разработана технология централизованного оперативного управления порожняком. Технология включает в себя следующие основные этапы: вычисление прогноза образования порожняка, процесс оптимизации потоков, корректировка оперативного плана, передача плана на нижестоящие уровни управления, закрепление вагонов и контроль исполнения плана.

Определен порядок непрерывного планирования порожних потоков. Управляющее воздействие должно оказываться только на незакрепленные вагоны. Получение оперативного плана передислокации порожних вагонов предлагается производить на центральном уровне управления в диалоговом режиме.

Оперативное управление порожняком реализуется с помощью специально разработанной автоматизированной системы. Проведены вычисления оперативных планов передислокации для полувагонов и для контейнеров. Также проведены исследования влияния на структуру потоков стоимости передислокации, а также глубины планирования.

Анализ решений показывает увеличение обеспечения заявок на перевозки в результате оптимизации потоков порожняка на всем периоде планирования. При однократной оптимизации возникает проблема необеспеченности заявок на перевозки из-за инертности транспортных потоков. Эта проблема решается переходом к непрерывной оптимизации, при которой каждый новый расчет оптимального плана передислокации будет зависеть от результатов предыдущей оптимизации потоков.

Произведена оценка эффекта от внедрения разработанных моделей в масштабе России. Управление потоками порожних полувагонов инвентарного парка РЖД в динамике по критерию минимизации времени движения вагонов в порожнем состоянии позволит сократить порожний пробег не менее чем на 5 процентов.

Эксплуатация «Автоматизированной системы регулирования порожними контейнерами на основе динамических прогнозов», принятой в опытную эксплуатацию в Центре по перевозке грузов в контейнерах «ТрансКонтейнер» подтверждает работоспособность разработанных алгоритмов.

Таким образом, в диссертации изложены научно-обоснованные технологические разработки, обеспечивающие решение важных прикладных задач управления перевозочным процессом. Результаты исследования не исчерпывают проблемы организации эффективного взаимодействия транспорта и производства. Перспективными направлениями дальнейшей работы в этом направлении являются: а) интеграция разработанной системы с рядом автоматизированных систем для перехода к номерному управлению порожним подвижным составом и практической реализации принципов непрерывного планирования; б) совершенствование модели прогноза за счет учета данных о дислокации локомотивов, а также информации о ремонтах пути. в) доработка системы в части полной реализации метода динамического согласования.

1. Тишкин Е. М. Автоматизация управления вагонным парком. М.: Интекст, 2000. 224 с. Ил. 119, табл. 31, библиогр. 31 назв.

2. Чернюгов А. Д., Мерцалов Е.Г. Организация продвижения порожних полувагонов на регулировочном направлении. Вестник ВНИИЖТ, 1981, №8, с.4-7.

3. Осьминин А.Т. Рациональная организация вагонопотоков на основе методов многокритериальной оптимизации: Автореферат диссертации на соискание степени д-ра техн.наук: 05.22.08.-Самара, 2000. -48с.: ил.-Библиогр.:с. 44-48 (22 назв.).

4. Бородин А.Ф. Управление вагонопотоками в современных условиях // Железнодорожный транспорт. 1996. №5. с.10-15.

5. Кутыркин А.В. Динамическая модель планирования и оперативного управления вагонопотоками. Вестник ВНИИЖТ, 1981, №8, с.7-13.

6. Кутыркин А.В. Комплексная модель планирования и оперативного управления вагонопотоками. В кн.: Совершенствование эксплуатационной v работы железных дорог: Сб. научн. тр. М.: Транспорт, 1985, с.68-69.

7. Автоматизация планирования резерва вагонов в местах погрузки / В.И. Ивницкий, А.С. Гершвальд, Л.А. Канарская, Н.Б. Соколов // Вестник ВНИЖТ. 1993. №2. с. 3-8.

8. Левин Д.Ю. Организация порожних вагонопотоков на железных дорогах. М., Транспорт, 1980, 55 с.

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

10. В.И. Ковалев. Оптимальное планирование грузовых перевозок с учетом возврата порожних вагонов // Вестник ВНИИЖТ. 2002. №6, С. 5-10.

11. Васильев В.И. Оперативное распределение порожних маршрутов // Вестник ВНИИЖТ. 1992. №7. с.20-24.

12. В.И. Ковалев, В.Г. Дегтярев, С.Ю. Елисеев, А.Т. Осьминин. Оптимальное по стоимости управление вагонопотоками с учетом наличия в рабочем парке вагонов, принадлежащих России, странам СНГ и Балтии \\ Вестник ВНИИЖТ. 2002. №3, с. 5-11.

13. Тишкин Е.М., Згржебловский B.C., Филипченко С.А. Модель оперативного планирования регулировки порожних вагонов по степени их годности под погрузку. Труды ВНИИУП МПС России.-вып.1.М.: 2002 г., с.63-71, 1 илл., 3 библ. назв.

14. Козлов П.А., Миловидов С.П. Оптимизация структуры транспортных потоков в динамике при приоритете потребителей // Экономика и математические методы. 1982. Т. 18, Вып. 3. С. 521-531.

15. Богданович С.В. Многодневный прогноз вагонопотоков для целей оперативного планирования эксплуатационной работы сети железных дорог. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.08. СПб., 1993.

16. Красковский А.Е., Богданович С.В. Прогнозирование размеров передачи вагонов по стыковым междорожным пунктам // Вопросы совершенствования перевозочного процесса : Тез.докл./ Дор.правл. Всесоюз. НТО Окт. ж.д. Л., 1991. - С.60-68.

17. Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов/ П.С. Грунтов, Ю.В. Дьяков, A.M. Макарочкин и др.; Под ред. П.С. Грунтова.-М.: Транспорт, 1994 Г.-543 с.

18. Рыбакова Т.И. Техническое нормирование эксплуатационной работы с использованием математических моделей перевозочного процесса. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.08. М, 2002. 146 с.

19. Дыканюк M.JT., Лахтуров С.С., Хаснутдинов Р.К. Принципы построения математической модели эксплуатационной работы железных дорог. Расчет потоков порожних вагонов и потребных парков // Вестник ВНИИЖТ. 1990.№2.с.5-7.

20. Моделирование процессов регулирования порожними вагонами при прогнозировании на перспективу / M.JT. Дыканюк, С.С. Лахтуров, Р.К. Хуснутдинов, А.А. Ческис// Вестн. ВНИИЖТ. №7.с.16-18.

21. Васильев В.И. Оперативное распределение порожних вагоно- и поездопотоков при регулировании вагонных парков в АСУЖТ. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.13.06. М., 1989.

22. Козлов П.А. Современный этап в развитии железнодорожного транспорта системный подход. Труды ВНИИУП МПС России. - вып.1. М.: 2002 г., с.5-9, 6 илл.

23. Арсенов В.И. Оценка вариантов развития транспортной сети с помощью методов линейного программирования. //-Тр.ИКТП,1967.-Вып.З.-с.5-10.

24. Нестеров Е.П. Транспортные задачи линейного программирования. 2-е изд.,испр.и. доп.-М.:Транспорт, 1971.-c.216.

25. Принципы построения автоматизированной системы плановых расчетов на транспорте /Под ред.И.Т.Козлова.-М.-1977.-Вып.67.-199с.

26. Васильева Е.М., Левит Б.Ю., Лившиц В.Н. Нелинейные транспортные задачи на сетях.-М.:Финансы и статистика, 1981 .-103с.

27. Проблемы прогнозирования и оптимизации работы транспорта /Под ред.Л.В.Канторовича и В.Н. Лившица.-М.:Наука, 1982.-382с.

28. Каролин Г.Е. Выбор оптимального варианта организации вагонопотоков методом динамического программирования// Сб.научн.тр. /Моск. ин-т ж.-д.трансп.-1971.-Вып.315.-с.18-75.

29. Мельник Н.М. Максимальный динамический поток //Кибернетика.-1973, №3 .-с.39-102.

30. Козлов П.А., Миловидов С.П. Оптимизация структуры транспортных потоков в динамике при приоритете потребителей // Экономика и математические методы. 1982. Т. 18, Вып. 3. С. 521-531.

31. Блюмин С.Л., Козлов П.А., Миловидов С.П. Динамическая транспортная задача с задержками // АиТ. 1984. № 5, С. 158-161.

32. Козлов П.А., Миловидов С.П. Метод расчета укрупненной структуры транспортной сети //Сб.научн.тр./Моск.ин-т инж.ж.-д.трансп.-1988.-Вып.808.-с. 107-114.

33. Козлов П.А., Миловидов С.П. Метод динамического согласования производства и транспорта. Вопросы комплексного развития ПТ. Труды ИКТП, выпуск 105, М., 1984.

34. Бугаев А.В. Выбор оптимальных методов организации работы промышленных транспортных систем. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.01. М., 1984, 234с.

35. Журавин С.Г. Взаимодействие производственных подразделений и промышленного железнодорожного транспорта в условиях интенсификации. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.12. М., 1987, 268с.

36. Трофимов С.В. Выбор оптимальных методов оперативного управления работой промышленного железнодорожного транспорта. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.01. М.: 1990, 201с.

37. Кудряшева М.С. Совершенствование организации технологических перевозок в транспортных системах металлургических комбинатов. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.12. М.: 1985, -147с.

38. Попов А.Т. Оптимизация взаимодействия технологического железнодорожного транспорта. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.12. М.: 1984,-223с.

39. Новикова И.П. Построение подсистемы автоматизированного управления в АСУ транспорта крупных предприятий. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук: 05.22.08. Екатеринбург, 2001. 210с.

40. Александров А.Э. Гибкая технология управления внутридорожными кольцевыми маршрутами / Дисс. на соиск. уч. ст. канд. тех. наук: 05.22.08. Екатеринбург, 1994. - 167 с.

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

42. Миловидов С.П., Козлов П.А. Динамическая транспортная задача с задержками в сетевой постановке //Изв. АНСССР. Техн. кибернетика, № 1, 1982.-С. 211-212.

43. Козлов П. А. Теоретические основы, организационные формы, методы оптимизации гибкой технологии транспортного обслуживания заводов черной металлургии / Дисс. на соискание ученой степени д-ра техн. наук. М., 1988. 350 с.

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

45. Кривонежко В.Н., Пропой А.И. О методе решения динамических транспортных задач//Автоматика и телемеханика, № 12, 1979.

46. Литвак Б.Л. Алгоритм решения динамической транспортной задачи //В кн.: Системы многосвязного управления. М.: Наука, 1977.

47. Данциг Дж., Вулф Ф. Алгоритм разложения для задач линейного программирования // Сб. переводов «Математика», 1964. № 1. - С. 151-157.

48. Канторович JI.B., Макаров В.Л. Оптимальные модели перспективного планирования //Применение математики в экономических исследованиях // Т.З., М.: Мысль, 1965.

49. Козлов П.А. Активизация динамических резервов железнодорожного транспорта при автоматизированном управлении потоками. // Сб. трудов пятой международной конференции «ИНФОТРАНС 2000». СПб. Д102, ПГУПС, 2000.

50. Дыканюк М.Л., Лахтуров С.С., Рыбакова Т.И. Оперативное регулирование порожних вагонов // Вестник ВНИИЖТ. 1988. №4. С. 4-7.

51. Бородин А.Ф. Адаптивное управление вагонопотоками // Железнодорожный транспорт. 2005. №1. с.33-37.

52. Комплекс задач "Автоматизированная разработка схем обращения кольцевых и технологических маршрутов с оценкой эффективности (АКМ)". Методика и технология расчетов / ВНИИАС МПС России. М., 2003. - 64 с.

53. Бородин А.Ф., Пояркова М.А., Суслова М.В., Агеева М.А., Кульбицкий А.В. Интегрированная система СЕТЬ-2 // Железнодорожный транспорт, 2002. -№11. -С. 10-14.