автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Совместная организация груженых и порожних вагонопотоков на полигоне сети железных дорог Российской Федерации

На правах рукописи

АГЕЕВ РОМАН ВАЛЕРЬЕВИЧ

СОВМЕСТНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОПОТОКОВ НА ПОЛИГОНЕ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 : ':;:•] 2013

005540541

Москва - 2013

005540541

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» МГУПС(МИИТ) на кафедре «Управление эксплуатационной работой и безопасностью на транспорте»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Бородин Андрей Федорович

Официальные оппоненты:

Кудрявцев Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ПГУПС), кафедра «Управление эксплуатационной работой», профессор;

Кондрахина Надежда Викторовна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ВНИИЖТ), отделение

«Перспективное развитие сети железных дорог и целевые программы», заведующий отделением.

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (УрГУПС)

Защита состоится 19 декабря 2013 г., в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПС (МИИТ).

Автореферат разослан «18» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, ✓Л/^З-» >

доктор технических наук, профессор / Горелик Александр

Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время произошел переход к обращению приватного подвижного состава на сети ОАО «Российские железные дороги» (ОАО «РЖД»). В связи с изменившимися условиями транспортного рынка возросла роль операторских компаний и значение взаимодействия ОАО «РЖД» с крупными пользователями транспортных услуг по предоставлению инфраструктуры.

Коммерческая успешность ОАО «РЖД» в условиях, когда основной деятельностью ОАО «РЖД» становится предоставление инфраструктуры операторским компаниям, будет во многом зависеть от повышения качества и набора предоставляемых услуг, более рациональной организации вагоно-потоков, ведущей к снижению издержек для операторов вагонного парка. Эта наиболее актуальная для ОАО «РЖД» в сфере организации вагонопотоков задача диктует следующие первоочередные цели:

минимизация эксплуатационных расходов на организацию вагонопотоков в поезда и их продвижение к пунктам назначения;

предотвращение потерь в инфраструктурной составляющей тарифа из-за некачественной организации перевозочного процесса.

Преобладание приватного подвижного состава в общей структуре вагонного парка и требования заадресовки приватных порожних вагонов на станцию погрузки привели к отказу от регулировочного задания и еще больше сблизило принципы организации груженых и порожних вагонопотоков.

Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад в развитие вопросов расчета плана формирования внесли работы ведущих ученых и специалистов: A.A. Абрамова, A.A. Аветикяна, В.М. Акулиничева, Е.В. Архангельского, В.Г. Атласова, А.П. Батурина, К.А. Бернгарда, А.Ф. Бородина, В.К. Буяновой, И.И. Васильева, В.Й. Васильева, Ф.С. Гоманкова, C.B. Дуваляна, А.Н. Иванкова, Н.Д. Иловайского, В.И. Ковалева, П.А. Козлова, Е.В. Колесниковой, Н.В. Кондрахиной, В.А. Кудрявцева, A.B. Кутыркина, Г.А. Кутуковой, В.С.Ларионова, Д.Ю.Левина, Е.В. Маловецкой, Л.В. Одинцова, А.Т. Осьминина, И.И. Осьмининой,

A.П. Петрова, АЛО. Папахова, А.И. Попова, В.А. Персианова,

B.А. Покавкина, В.В. Панина, С.М. Резера, П.С. Соколова, Е.А. Сотникова, И.Б. Сотникова, С.Г. Стропичева, В.Г. Саенко, Е.М. Тишкина, Л.П. Тулупова, А.К. Угрюмова, А.Д. Чернюгова, В.П. Чечерина, В.А. Шарова, В.Г. Шубко, O.A. Шумской, Дел Рио Б. и др.

Результаты зарубежных разработок, в частности, метод блочного формирования поездов, эффективны при небольших объемах перевозок или большой распыленности пунктов зарождения и погашения грузопотоков. При значительных объемах выгрузки вагонов на небольшом числе пунктов погашения и распыленности пунктов зарождения, как например, для экспортных грузов, требуются другие методы формирования поездов. Для такой задачи могут быть использованы классические методы расчета плана формирования.

В существующих методиках расчет плана формирования поездов из груженых и порожних вагонопотоков производится раздельно, несмотря на загрузку гружеными и порожними вагонами одних и тех же сортировочных устройств и следование в одних поездах.

Для применения новых приемов в организации груженых и порожних вагонопотоков требуются дополнительные ресурсы. Проведенный анализ резервов путевого развития сортировочных станций показал, что в целом по сети РЖД имеются резервы путевого развития в станционных парках, несмотря на загрузку некоторых станций, близкую к технически допустимой.

Целью диссертационной работы является разработка методики совместного расчета плана формирования грузовых поездов из груженых и порожних вагонопотоков с выделением назначений технических маршрутов и ее программная реализация в Автоматизированной системе организации вагонопотоков.

Для достижения поставленной цели решаются следующие актуальные для практики задачи:

— модифицировать общую постановку задачи и алгоритмы расчета плана формирования;

— разработать принципы агрегации и декомпозиции расчетных вагонопотоков;

— модифицировать формализованное представление сети в алгоритме расчета;

— разработать правила взаимодействия участников транспортного процесса для предоставления недискриминационного доступа к инфраструктуре

Данные методические решения позволят:

— снизить зависящие эксплуатационные расходы на продвижение вагонопотоков;

— повысить транзитность вагонопотоков;

— установить рациональное распределение сортировочной нагрузки с учетом перераспределения ее со станций примыкания к грузопогашающим комплексам на сортировочные станции.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке новой научной идеи совместного расчета плана формирования одно-группных поездов из груженых и порожних вагонов с выделением технических маршрутов, для чего:

разработана новая методика формирования расчетных вагонопотоков на базе многоуровневой потоковой модели, которая позволяет переходить от уровня межстанционных корреспонденции к уровню вагонопотоков с дополнительными технологическими признаками, а также составлять вагонные струи с различными сочетаниями указанных признаков;

введены дополнительные классы ограничений (по допустимой загрузке станций назначения вагонов и обслуживаемых путей необщего пользования; по включению в назначения, имеющие заданные признаки, только вагонопотоков с соответствующими признаками; по числу физических вагонов в составе технических маршрутов и поездов из порожних вагонов исходя из до-

пустимых диапазонов весов и длин составов; по запрету переработки транзитных вагонов на выделенных станциях);

предложен оригинальный подход к формализации задачи конфигурирования взаимосвязанных сетевых потоковых моделей железнодорожной сети и сети допустимых поездных назначений. Данный подход обладает свойством универсальности, позволяющим вносить в модели детализацию как инфраструктурных объектов (отдельных терминалов морского порта, грузовых фронтов, путей необщего пользования), так и технологических признаков (родов и специализации подвижного состава и др.).

Теоретическая и практическая значимость. Сформулированные в диссертации научные выводы, теоретические и практические результаты могут быть использованы для повышения эффективности организации вагонов в поезда и продвижения их к пунктам назначения и дальнейшего совершенствования методов управления процессом перевозок.

Получено эффективное решение задачи совместного распределения ограниченных инфраструктурных ресурсов при организации в поезда различных классов вагонопотоков, которые до настоящего времени рассматривались в методиках расчетов изолированно. Многоуровневая потоковая модель в сочетании с модернизированными расчетными нормативами плана формирования грузовых поездов позволяет повысить точность измерений с расширением границ применимости полученных результатов, за счет чего план формирования грузовых поездов становится не только инструментом оптимизации работы собственных станций ОАО «РЖД», но и средством оптимизации взаимодействия с крупными пользователями услуг компании, владельцами и операторами подвижного состава.

Представлены предложения по дальнейшему совершенствованию организации взаимодействия ОАО «РЖД» и операторов подвижного состава, в части обработки запросов-предложений операторов на формирование поездов из приватных вагонов по признакам, не предусмотренным планом формирования поездов.

Объектом данного диссертационного исследования является система организации вагонопотоков на полигоне сети железных дорог Российской Федерации.

Предметом данного диссертационного исследования являются процессы организации и продвижения технических маршрутов и организации и продвижения назначений из порожних вагонов с учетом операторов подвижного состава. Данные процессы включают в себя:

- процесс организации технических маршрутов и назначений из порожних вагонов на сортировочных станциях;

- процессы, связанные с определением пути их следования до станции назначения;

- обработки технических маршрутов на станциях назначения.

На защиту выносятся следующие основные результаты исследования:

- принципы отбора станций назначения порожних и технических маршрутов и существенные дополнения к существующей методике построения

расчетной модели железнодорожной сети и сети поездных назначений для порожних и технических маршрутов;

— методика формирования расчетных вагонопотоков на базе многоуровневой потоковой модели;

— модифицированная методика для совместного расчета плана формирования одногруппных поездов из груженых и порожних вагонов с выделением технических маршрутов;

— методы настройки автоматизированного расчета плана формирования грузовых поездов, которые позволяют улучшить результаты расчетов и наиболее эффективно использовать имеющиеся ресурсы сети и учитывать различные технологические условия;

- технология применения системы расчета в условиях обращения на сети вагонных парков разной принадлежности и с разными условиями эксплуатации.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования использованы в следующих документах:

- Единый технологический процесс железнодорожных перевозок, утвержден вице-президентом ОАО «РЖД» В.Г. Лемешко от 30.10.09;

— Регламент рассмотрения и согласования в ОАО «РЖД» запросов на формирование поездов из приватных вагонов по признакам, не предусмотренным планом формирования поездов, утвержден распоряжением Первого вице-президента ОАО «РЖД» В.Н. Морозова №2045р от 05.10.09;

- Единая технология работы Усть-Лужского железнодорожного узла и станции Лужская-Сортировочная;

- Методические указания прогнозирования и моделирования эксплуатационной работы с учетом пропускных и перерабатывающих способностей инфраструктуры ОАО «РЖД», утвержденные В.Г. Лемешко от «07» сентября 2010 года;

— Комплексная интегрированная технология движения поездов по расписанию, утвержденная первым вице-президентом ОАО «РЖД» от «05» июня 2012 года;

Результаты использованы при проектировании автоматизированных систем, принятых в постоянную эксплуатацию в ОАО «РЖД»:

- Подсистема расчета плана формирования поездов из порожних вагонов и технических маршрутов по родам грузов и грузополучателям системы автоматизированного расчета сетевого плана формирования грузовых поездов (СПФ-2);

- Имитационная ресурсная модель инфраструктуры ОАО «РЖД» -Прогноз ресурсов сети (АС ПРОГРЕСС);

- Система информационно-аналитической поддержки разработки плана формирования грузовых поездов (СИАП);

- Подсистема разработки и ведения технических и стоимостных параметров грузоотправителей, и грузополучателей маршрутов для решения задач организации маршрутных перевозок (АБД МАРШРУТ).

Получены в соавторстве свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ: Имитационная ресурсная модель использования инфраструктуры ОАО «РЖД» «Прогноз ресурсов сети (ПРОГРЕСС) №2012612178 от 28 февраля 2012 года и Программное обеспечение для взаимодействия инфраструктурной модели ОАО «РЖД» и ресурсной модели ОАО «РЖД» № 2012617006 от 06 августа 2012 года.

Методы исследования. Теоретической и методологической основой выполнения работы послужили труды ведущих российских и зарубежных ученых в области организации эксплуатационной работы железнодорожного транспорта. Для решения поставленных задач в диссертации использованы следующие методы эмпирического и теоретического исследования:

-изучение и анализ выполненных научных работ, направленных на расчет плана формирования грузовых поездов;

- статистические методы обработки данных;

- методы решения потоковых задач в сетевой постановке;

- методы технико-экономического сопоставления вариантов.

Апробация работы. Результаты исследования неоднократно рассматривались на производственных совещаниях в Научно-техническом комплексе по управлению перевозками ОАО «НИИАС», в Центральной дирекции управления движением - филиале ОАО «РЖД»; докладывались, обсуждались и получили одобрение на кафедре «Управление эксплуатационной работой» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) (2011-2013 гг.) и на V Международной научно-практической конференции «Тгапэ-МесИ-АЛ-СЬет» в 2008 году.

Публикации. Материалы, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 7 печатных работах, в том числе 3 из них опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАКом Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (97 наименований), 2 приложений. Основной текст - 137 страниц, включая 49 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели исследования и основные результаты, которые выносятся на защиту.

В первой главе раскрывается состояние вопроса теории расчета плана формирования, а также российский и международный опыт практических способов организации вагонопотоков.

Теоретическая модель расчета плана формирования одногруппных поездов по методу пошагового распределения вагонопотоков по сети допустимых назначений, разработанная проф. А.П. Батуриным, и ее программная

реализация, выполненная в ОАО «НИИАС», принята за теоретическую базу исследования.

Исследование информационной структуры задачи показало, что исходные данные могут быть сформированы на одном и том же расчетном периоде. Все это создает предпосылки для решения поставленной в диссертационном исследовании задачи.

Для исследования актуальности поставленной цели проведен анализ структуры назначений в действующем плане формирования поездов для 32 важнейших сортировочных станций. Анализ показал, что в плане формирования поездов присутствуют технические маршруты, и доля таких назначений продолжает расти. В организации порожних вагонопотоков появились новые категории поездов с дополнительными условиями. Под техническим маршрутом в настоящем исследовании - назначение поездов, формируемых на сортировочных или участковых станциях с включением в них вагонов по определенным признакам (по родам грузов, грузополучателям, принадлежности вагонов или другим) и следующих на одну станцию назначения.

В современных условиях система расчета плана формирования должна производить расчет не только одногруппных поездов из груженых вагонов, но и предусматривать:

- оптимизацию сортировочной работы на станции не только за счет распределения переработки груженых вагонов, но и за счет работы с порожними вагонами;

- определение станций концентрации порожних вагонов для дальнейшей заадресовки на станции погрузки;

- новые методы организации вагонопотоков, такие как технические маршруты.

Во второй главе представлена методика определения расчетных нормативов плана формирования для решения задач формирования технических маршрутов из груженых или порожних вагонов.

Организация хранения расчетных вагонопотоков должна осуществляться в многоуровневой потоковой модели. Такая модель позволяет переходить от уровня межстанционных корреспонденций к уровню вагонопотоков с дополнительными признаками, а также составлять вагонные струи с различными сочетаниями дополнительных признаков.

Возможность перехода от уровня межстанционных корреспонденций к уровню вагонопотоков с дополнительными признаками позволяет в ходе расчета определять маршрутоспособные корреспонденции и предполагаемые станции назначения технических маршрутов.

Поскольку вагонопотоки имеют несколько дополнительных признаков, то группировать вагонопотоки можно разными вариантами. От варианта группировки зависят нормы времени и расходов по обработке вагонопотока на станции назначения.

Математическая запись многоуровневой потоковой модели представлена на рисунке 1.

Разработанные методы расчета технологического времени и эксплуатационных расходов, возникающих на станциях выгрузки для маршрутных и немаршрутных отправок, реализованы в системе АБД МАРШРУТ.

Рассмотрим, участки одинаковой протяженностью, но с разным тяговым обслуживанием: Ярославль-Главный — Орехово-Зуево (электровозная тяга) и Кулой — Сольвычегодск (тепловозная тяга).

Рисунок 1 — Принципиальная схема многоуровневой потоковой модели

Условные обозначения: ¡1 ... ¡„ —Станции отправления сетевых (агрегированных) вагонопотоков, которые участвуют в расчете ПФ; .¡I ... —Станции назначения сетевых (агрегированных) вагонопотоков, которые участвуют в расчете ПФ; 11={аь ... а,)} -множество станций погрузки, осуществляющие вывоз местного груза на расчетную станцию ¡ь Д1={ЬЬ ..., Ьг} — множество станций выгрузки, обслуживаемые расчетной станцией

У-а1ь1 ~ вагонопоток от станции погрузки а) на станцию выгрузки Ьь

иии - суммарный расчетный вагонопоток со станции ¡1 на станцию ^

(рисунок 2); Щ1]1 - вагонопоток со станции ¡1 на станцию^.

При расчете нормативов затрат на продвижение вагонопотоков по участкам в поездах из порожних вагонов необходимо учитывать, что в зависимости от рода подвижного состава поезд имеет различное количество физических вагонов при унифицированной норме веса и длины в условных вагонах.

С использованием программного комплекса СЕТЬ-3 рассчитаны затраты приходящиеся на один порожний вагон при разной длине состава (57, 71 и 100 условных вагонов) и различных типах подвижного состава (рисунок 3). Данные по участку с тепловозным движением вынесены на дополнительную шкалу в том же масштабе что и данные по участку с электровозным движением и обозначены пунктирной линией.

• Фитинговы* платформы —Фмтют мьм ллатфориы'

Средний состав поезда, усл. вагонов

Полувагоны Цистерны

Циста рн ы твглот* га

Рисунок 3 - Суммарные зависящие эксплуатационные расходы, приходящиеся на один порожний вагон на участке

По результатам расчета определены уравнения функций суммарных эксплуатационных затрат для каждого рода подвижного состава и вида тяги, которые имеют вид полинома второй степени.

Каждое назначений технических маршрутов, включаемое в план формирования, характеризуется эксплуатационными расходами согласно формуле:

Еназн Ен11 + М'(£Еуч Х^гр ^ст.назн Еподх), (1)

где Енак - затраты на накопление технического маршрута, рублей;

N - мощность назначения, вагонов/сут;

ХЕу„ £Етр - суммарные удельные эксплуатационные расходы, связанные с проследованием по участкам и транзитом через попутные технические станции, руб./вагон;

Ест.нмн - удельные эксплуатационные расходы на станции назначения вагонов от момента прибытия на станцию до момента подачи вагонов под грузовые операции, рубУвагон;

Епода - затраты, определяемые ситуацией на подходах к станции назначения, руб. ■

При этом затраты на станции назначения имеют зависимость от темпа выгрузки вагонов, простоя местного вагона, приходящегося на одну грузовую операцию, и от затрат на подходе к станции назначения.

Темп выгрузки вагонов и простой местного вагона изменяется при качественном изменении назначений поездов и поездных групп, приходящих на станцию назначения технического маршрута.

Таким образом, для минимизаций затрат на станции назначения необходимо сокращение числа групп в поездах в расформирование и обеспечение кратности длины поездов фронтам одновременной подачи.

В третьей главе сформулирована целевая функция расчета плана формирования из груженых и порожних вагонопотоков с выделением технических маршрутов, а также представлены методические приемы разработки расчетных вагонопотоков и оценки эффективности формирования технических маршрутов и поездов из порожних вагонов.

Формализованная постановка задачи выгладит следующим образом: необходимо минимизировать функцию суммарных затрат на продвижения вагонопотоков по плану формирования, которые включают в себя:

- накопление составов в зависимости от числа формируемых назначений;

- продвижение вагонопотоков по участкам и техническим станциям без переработки;

- на проследование и переработку на станциях (исключая накопление), в том числе в угловом потоке на двухсторонних станциях

Для включения в расчет технических маршрутов и поездов из порожних вагонов в целевую функцию введены затраты, связанные с технологическими операциями и их ожиданиями на станции назначения, а также затраты, определяемые ситуацией на подходах к станции назначения и связанные прежде всего с использованием вагонов и тягово-энергетических ресурсов.

В таком случае целевая функция будет иметь вид:

Е = Цсгр-тф+Спор'Шпор) • евч 1 + £Нр-(1Е1,ч_Гр+ £Еудтр) + ИЧпор-СЕЕу,,,»,^

+ Щд тр) + 2Ыпер'Еуд.пер Шт-ЕП0Д1->гшп, (2)

где с^пор) — параметр накопления назначения из груженых(порожних) вагонов, составо-ч/сут;

Шгр - расчетный состав формируемых груженых (порожних) поездов, вагонов;

евч | - стоимость вагоно-часа, рублей/вагон;

ГЫ^пор) - расчетная мощность назначения из груженых (порожних) вагонов, вагонов/сут.;

2ЕуЧ_гр(пор), £Еудтр - суммарные удельные эксплуатационные расходы, связанные с проследованием по участкам и транзитом через попутные технические станции груженых (порожних) вагонов, рубУвагон;

ЕЫпер -мощность перерабатываемого вагонопотока, вагонов/сут;

Еуд.пч» - удельные затраты на переработку составов, руб./вагон;

2ЫТ — расчетная мощность технического маршрута, вагонов/сут.

Для совместного расчета плана формирования из груженых и порожних вагонов и выделения технических маршрутов необходимо:

1) модифицировать существующие ограничения:

— по допустимому числу формируемых назначений

^доп cm i — к nop i + kmMi),vies (3)

— по допустимой переработке

Ла»nepi> (Nzp. + Kopi), ViGS (4)

— по допустимому пропуску транзитных поездов без перереработки

Пдоп

тр J — (Пф , + пn^j+n^J, Vies (5)

— по допустимым размерам движения по участку

ridonjytji > (Пгр И + Ппор_ь+ Пщм ь), Vh 6 Н (6)

— кроме того условие древовидности должно выполняться отдельно по груженым, порожним назначениям и техническим маршрутам.

2) ввести следующие классы ограничений:

— по допустимой загрузке станций назначения вагонов и обслуживаемых путей необщего пользования;

N<>on

— по включению в назначения, имеющие заданные признаки, только ва-гонопотоков с соответствующими признаками;

Rm„(ku) = R (U,j) (8)

— по числу физических вагонов в составе технических маршрутов и поездов из порожних вагонов, исходя из допустимых диапазонов весов и длин составов;

Шдоп (9)

- по запрету переработки транзитных вагонов на выделенных станциях.

Сеть технических станций представлена в расчетной модели своими

сортировочными системами и грузоперевалочными комплексами, примыкающими к станциям, обрабатывающим технические маршруты.

В качестве расчетных вагонопотоков при расчете плана формирования грузовых поездов следует использовать прогнозные вагонопотоки на основе породовых междорожных «шахматок».

Для формирования расчетных вагонопотоков и проведение расчета оптимального плана формирования грузовых поездов необходимо преобразовать породовую междорожную шахматку в межстанционные корреспонденции вагонопотоков.

Преобразование предусматривает последовательное решение следующих задач.

1) Выделение межстанционных корреспонденции по поступившим заявкам на перевозки грузов.

2) Расчет межстанционных корреспонденции по совокупности потоков, не подтвержденных заявками.

Корреспонденции плановых вагонопотоков между станциями погрузки и выгрузки определяются путем распределения плановых размеров перевозок с помощью статистических коэффициентов (эталонов) Эу, рассчитываемых за отчетный период.

Результатом решения данной задачи является набор межстанционных корреспонденций {N"j}, включающий как потоки, подтвержденные заявками, так и прогнозные потоки, не подтвержденные заявками.

3) Выделение вагонопотоков груженых и порожних отправительских маршрутов (прямых и в расформирование) производится путем сканирования перечня назначений плана организации (формирования) отправительских и ступенчатых маршрутов.

По каждому назначению прямых маршрутов плановая межстанционная корреспонденция в среднесуточном исчислении N"j сравнивается с установленным цензом min Ny. Вагонопотоки, по которым N"j !> min Ny, фиксируются в качестве вагонопотоков прямых маршрутов, обращающихся в расчетном месяце.

Для расчета плана формирования шахматку груженых вагонопотоков необходимо дополнить порожними корреспонденциями.

Межстанционные корреспонденции, следующие по плану формирования грузовых поездов, агрегируются до расчетных станций и добавляются в многоуровневую потоковую модель.

Каждое из назначений сети допустимых назначений может принадлежать к четырем типам назначений:

- только груженые вагоны;

- только порожние;

- технических маршрут с указанием признаков, по которым включаются вагоны в назначение;

- комбинированный из груженых и порожних вагонов.

Тип назначения определяет эксплуатационные затраты, связанные с продвижением вагонов в данном назначении.

В расчетную сеть вводятся дополнительные вершины, являющиеся репликами исходных (родительских) вершин сети, для которых было проведено разделение струй потоков (рисунок 4). Вершины-реплики соединяются с родительской вершиной дополнительными (условными) участками работы локомотивных бригад и дополнительными назначениями. Кроме того, в сеть потенциальных назначений технологом вводятся назначения для формирования как технических маршрутов, так и порожних поездов (см. рисунок 4). Параметры этих назначений рассчитываются, исходя из типа назначения.

Рисунок 4 — Дополнительные вершины для обеспечения выделения технических маршрутов и назначений порожних вагонов.

На основе многоуровневой потоковой модели необходимо выделить маршрутоспособные корреспонденции. Критерием отбора маршрутоспособ-ных корреспонденции является суммарная мощность вагонопотоков назначением на одну станцию, сгруппированных по дополнительным признакам, которая должна быть не менее состава поезда в сутки. Если несколько вариантов группировки удовлетворяют минимальному цензу и имеют общие признаки, то маршрутоспособным следует считать вариант с наибольшим числом дополнительных признаков. Чем больше признаков учитывалось при группировке вагонопотока, тем ниже затраты времени и эксплуатационных расходов.-

Более точно можно определить исходя из экспериментальных расчетов. Таким образом, рассмотрение исходной струи а1Ь1 на возможность выделения маршрутоспособной корреспонденции по дополнительному признаку др производится по формуле:

0, если и^и < 57 вагонов/сутки или среднего состава

поезда на данном направлении.

1, если и%Ь1 > 57 вагонов/сутки или среднего состава поезда на данном направлении.

,9Р а1Ь1

Затем определяется скорректированная мощность струи а1Ь1 (иа1Ь1) по формуле:

В шахматке вагонопотоков без разделения по дополнительным признакам добавляются маршрутоспособные корреспонденции с уменьшением соответствующих струй вагонопотоков.

Для станций назначения маршрутоспособных корреспонденций формируется сеть допустимых назначений технических маршрутов (рисунок 5). Формирование сети происходит аналогично сети допустимых назначений плана формирования грузовых поездов.

Рисунок 5 - Формирование сети допустимых назначений для расчета технических маршрутов по родам грузов и грузополучателям

Занятие сортировочных устройств на станции назначения технических маршрутов производится на репликах исходных вершин сети.

На станции назначения технический маршрут учитывается как транзитный поезд без переработки для данной станции (рисунок 6).

Основной алгоритм расчета плана формирования одногруппных поездов предполагает найти для рассматриваемого вагонопотока путь минимальной стоимости из вершины его зарождения до вершины его назначения. В системе автоматизированного расчета плана формирования грузовых поездов и порядка направления вагонопотоков данная задача решается методом Левита. Затем вагонопоток прикрепляется к найденному пути. В связи с зависимостью стоимости каждой дуги от загрузки ее элементов, а также от выполнения ограничений по загрузке, следующим шагом необходимо скорректировать стоимость прохождения вагонопотока по дуге транспортной сети. Поскольку метод расчета плана формирования предполагает возможность различных вариантов следования назначения по сети допустимых назначений, то после прикрепления вагонопотока к одному из вариантов маршрута

(П)

Районы порта

Емин уд0®м = 62,85 рублей/вагон, ^нефтьм= ¿4 часа/вагон

Рисунок 6 - Затраты времени и расходов при немаршрутном и маршрутном прибытии на станцию назначения.

следования назначения остальные варианты должны быть исключены из дальнейшего рассмотрения.

После рассмотрения всех вагонопотоков и их привязки к элементам сети проводится окончательный расчет стоимости выполнения построенного плана формирования грузовых поездов и формируются выходные документы для его анализа технологом.

Расчет технических маршрутов можно производить двумя вариантами по отношению к общей последовательности алгоритма расчета плана формирования:

1) в процессе расчета плана формирования;

2) после расчета плана формирования.

Первый вариант алгоритма расчета предусматривает предварительное выделение маршрутоспособных вагопотоков из многоуровневой потоковой модели и включение их в расчетные вагонопотоки. Маршрутоспособные ва-гонопотоки вместе со всеми остальными расчетными струями рассматриваются в порядке убывания мощности. На основе характеристик выделенных маршрутоспособных корреспонденции формируется сеть допустимых назначений технических маршрутов с указанием дополнительных признаков, по которым в них включаются вагонопотоки. По сети допустимых назначений технических маршрутов могут следовать только маршрутоспособные корреспонденции, а по остальной сети допустимых назначений - все расчетные корреспонденции. Первый вариант алгоритма предусматривает выделение маршрутоспособных корреспонденции и включение их в расчет плана формирования наряду с остальными вагонопотоками. Такой алгоритм позволяет концентрировать маршрутоспособные струи за счет изменений сети допустимых назначений технических маршрутов. Особенностью данного алгоритма расчета является невозможность оценить резервы путевого развития и расставить приоритеты между выделением назначений плана формирования и технических маршрутов. Данный недостаток вызван неизвестностью ито-

говых размеров переработки на станции в момент выделения очередного назначения в связи с зависимостью максимального допустимого числа формируемых назначений от размеров транзитных вагонов с переработкой на станции. Выделение технических маршрутов на станциях, не обладающих достаточным путевым развитием, может повлечь невозможность выделения новых назначений плана формирования и, как следствие, уменьшение эффективности рассчитанного плана формирования.

Второй вариант алгоритма выделения технических маршрутов не изменяет исходный порядок подготовки расчетных вагонопотоков. После расчета базового варианта производятся корректировки: удаление слабых назначений по заданному цензу, проверка и корректировка на условие древовидности, выделение удлиненных назначений. Затем в полученном варианте, используя многоуровневую потоковую модель, производим определение маршрутно-способных корреспонденции с последующим выделением технических маршрутов по алгоритму, представленному на рисунке 7. Алгоритм предусматривает рассмотрения возможности выделения технических маршрутов на станциях переработки маршрутоспособных струй по рассчитанному плану формирования. Такой алгоритм решает проблему определения загрузки станции, но не позволяет концентрировать вагонопотоки для увеличения мощности выделяемого технического маршрута и влиять на путь его следования. Влияние можно оказать на все струи в целом, что может негативно сказаться на показателях рассчитанного плана формирования. Возможные станции выделения технического маршрута определены расчетом базового плана, что может привести к следованию вагонопотока по станциям, где нет резерва путевого развития, что не позволит выделить технический маршрут даже при достаточной мощности маршрутоспособного вагонопотока.

Также необходимо учитывать, что извлечение вагонопотока для технического маршрута из назначений ПФ может привести к исключению части назначений из окончательного плана, что в свою очередь увеличит стоимость следования части вагонов по плану формирования.

При расчете технических маршрутов по второму варианту предполагается рассматривать расчетные вагонопотоки в последовательности уменьшения их мощности.

Первый вариант эффективен при высокой загрузке попутных технических станций с переработкой. Второй вариант там, где имеются значительные объемы немаршрутизированного вагонопотока с одинаковами дополнительными признаками в адрес одной станции назначения.

Для дальнейшего рассмотрения принимается комбинированный вариант, поскольку позволяет как концентрировать маршрутоспособные вагонопотоки на станциях, имеющих резервы путевого развития сортировочных парков, а также рассмотреть возможность выделения дополнительных назначений технических маршрутов без отклонения потоков от кратчайших путей следования вагонопотоков.

Выделение маршрутоспособных струй для технической маршрутизации из исходных расчетных вагонопотоков

Упорядочение исходных струй вагонопотоков в порядке убывания мощности, включая маршрутоспособные струи как отдельные струи с дополнительными признаками

Расчет затрат для дуг сети допустимых назначений

Выбор назначений плана формирования для струй вагонопотока от станции зарождения до станции погашения с помощью программы поиска пути минимальной стоимости на сети _назначений_

Проверка выполнения ограничений и вычисление штрафов при их нарушении

Пересчет затрат на дугах сети допустимых назначений с использованием нелинейных зависимостей затрат от величины пропускаемого вагонопотока и выбор дуги с _минимальными затратами_

Проверка наличия вагонопотоков, которые не проложены по сети назначений, с повторением (при наличии таковых) шагов 4-6

Фиксация в базовом варианте назначений поездов, по которым проложены вагонопотоки - *

Рассмотрение струи 115 г по назначениям базового плана формирования и определение станций ее переработки по пути следования

На станции переработки 1пвр определить вагонопоток и^ и стоимость _его пропуска с формированием технического маршрута_

На станции переработки рассмотреть вагонопотоки с уменьшением количества дополнительных признаков (и^Р ии^г) и стоимости их пропуска в техническом _маршруте

к следующей струе

Устранение петель в маршрутах вагонопотоковпо сети УРЛБ *

Перекладка вагонопотоков, не отвечающих условию «древовидности»

Удаление «слабых» назначений, не отвечающих ограничению по минимальной мощности сквозных назначений всех вагонопотоков, которые были прикреплены к удаленным назначениям

Рисунок 7 — Блок-схема второго варианта алгоритма выделения технических маршрутов

В четвертой главе описана программная реализация предложенных методических приемов в подсистеме расчета плана формирования поездов из порожних вагонов и технических маршрутов по родам грузов и грузополучателям системы автоматизированного расчета сетевого плана формирования грузовых поездов (СПФ-2) - сданная в постоянную эксплуатацию в ОАО «РЖД».

Произведен сравнительный анализ результатов расчетов для определения эффективности выделения технических маршрутов в плане формирования и расчетов по эффективности совместного расчета плана формирования из груженых и порожних вагонов.

Для оценки эффективности совместного расчета плана формирования из груженых и порожних вагонопотоков, без учета эффективности алгоритмов плана формирования рассмотрены результаты автоматизированного расчета методом пошагового распределения вагонопотоков по сети допустимых назначений по двум вариантам:

- раздельный расчет;

— совместный расчет.

Расчеты показывают, что улучшение значений количественных и качественных показателей подтверждается экономией суммарных эксплуатационных расходов в объеме 17 520 тыс. рублей/сутки (рисунок 8). В годовом исчислении экономия составит 6,394 млрд. рублей.

? 5 11

а ?

505000 500000 495000 490000 485000 480000 475000

И Раздельный

I Совместный

Рисунок 8 - Эксплуатационные расходы по вариантам расчета плана формирования

Рассмотрена эффективность выделения технических маршрутов при совместном расчете плана формирования поездов из груженых и порожних вагонопотоков.

Расчет плана формирования в автоматизированной системе показал, что эффективно формировать технические маршруты на 11 станций назначения. К этим станциям относятся Входная, Заозерная, Нерюнгри-груз., Новороссийск, Магнитогорск-груз., Туапсе-сорт., Череповец 2, Сургут, Павловск-Воронежский, Новая Еловка, Курбакинская.

Эффективность выделения технических маршрутов подтверждается следующими показателями:

- суммарная переработка транзитных вагонов по сети будет снижена на 3,1 тыс. вагонов/сут;

- непроизводительные пробеги вагонов, связанные с отклонением ва-гонопотоков от станций, испытывающих затруднения с переработкой уменьшились на 311,45 тыс. вагоно-км/сут;

- уменьшению потребности в эксплуатируемом парке локомотивов грузового движения на 10 электровозов, но изменение пути следования части вагонопотоков требует дополнительно 4 тепловоза эксплуатируемого парка;

- Экономия рабочего парка составляет 319 вагонов.

Выделение назначений технических маршрутов позволяет получить экономию суммарных эксплуатационных расходов в объеме 40 337 рублей/сутки (рисунок 9). В годовом исчислении экономия составит 14 723 005 рублей.

0 Совместный II Совместный с ТМ

Рисунок 9 - Эксплуатационные расходы по вариантам расчета плана формирования

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В диссертационной работе на основании анализа современных условий организации вагонопотоков, обобщения производственного опыта и оценки предшествующих научных исследований установлено, что система расчета плана формирования должна производить расчет не только одно-группных поездов из груженых вагонов, но и предусматривать:

- оптимизацию сортировочной работы на станции не только за счет распределения переработки груженых вагонов, но и за счет работы с порожними вагонами;

- определение станций концентрации порожних вагонов для дальнейшей заадресовки на станции погрузки;

- новые методы организации вагонопотоков, такие как технические маршруты.

2. Исследовано распределение числа переработок немаршрутизирован-ных вагонов на маршруте следования от станции погрузки до станции выгрузки, который показал, что в целом за оборот на сети ОАО «РЖД» немар-

шрутизируемый вагон имеет 5,98 переработок. При этом 21,8% груженых и 14,6% порожних вагонопотоков имеют более 5 переработок на рейсе. Приведенные расчеты подтверждают, что необходимо разрабатывать специальные меры по снижению числа переработок в существующей системе организации продвижения вагонопотоков. Выполненная классификация методов уменьшения числа переработок на рейсе грузового вагона предусматривает специальные решения как для груженых, так и для порожних вагонов.

3. Изучение информационной структуры задачи совместной организации груженых и порожних вагонов на полигоне сети показало, что исходные данные задачи могут быть сформированы на одном и том же расчетом горизонте, что подтверждает практическую возможность ее решения.

4. Доказана нелинейная зависимость суммарных эксплуатационных расходов на продвижение поездов из порожних вагонов от рода подвижного состава, длины состава в условных вагонах и вида тяги. При расчете нормативов затрат на продвижение вагонопотоков по участкам в поездах из порожних вагонов учитывается зависимость количества физических вагонов при унифицированной норме веса и длины в условных вагонах от рода подвижного состава. Например, с увеличением количества вагонов в составе поезда с 57 до 100 вагонов эксплуатационные затраты снижаются от 19 до 31 процента или в абсолютных значениях для полувагонов с 1196 до 902 рублей на вагон, для фитинговых платформ с 1605 до 1097 рублей за вагон на участке с тепловозной тягой длиной 254 км.

Установленные зависимости используются при оптимизации прикрепления порожних и груженых вагонопотоков на полигоне сети с учетом ограничений по пропускной способности, рода и кратности тяги, допустимой со-ставности поездов.

Данный подход позволяет детально учитывать эксплуатационные затраты на продвижение поездов по направлениям с ярко выраженной специализацией по пропуску груженых или порожних вагонопотоков, а также со смешанным вагонопотоком.

5. Разработанная содержательная и формализованная постановка задачи совместного расчета плана формирования одногруппных грузовых поездов из груженых и порожних вагонопотоков с выделением назначений технических маршрутов позволяет учитывать:

- затраты, связанные с технологическими операциями и их ожиданиями на станции назначения, а также затраты, определяемые ситуацией на подходах к станции назначения и связанные прежде всего с использованием вагонов и тягово-энергетических ресурсов;

- классы ограничений:

- по допустимой загрузке станций назначения вагонов и обслуживаемых путей необщего пользования;

- по включению вагонов в назначения с заданными признаками;

- по числу физических вагонов в составе технических маршрутов

и поездов из порожних вагонов, исходя из допустимых диапазонов весов и длин составов;

- по запрету переработки транзитных вагонов на выделенных

станциях.

6. Порядок генерирования сети допустимых назначений поездов предусматривает ввод четырех типов назначений (только груженые вагоны; только порожние вагоны; технический маршрут с указанием признаков, по которым включаются вагоны в назначение; комбинированный из груженых и порожних вагонов). Тип назначения определяет возможность прикрепления соответствующих вагонных струй и порядок вычисления загрузки сети и затрат, связанных с продвижением вагонов в данном назначении.

7. Предложенный подход к формализации задачи конфигурирования взаимосвязанных сетевых потоковых моделей железнодорожной сети и сети допустимых поездных назначений заключается во вводе в сетевые модели дополнительных вершин, для которых предполагается выделение вагонопо-токов в поездные назначения, путем размножения исходных вершин сети (припортовых станций, станций примыкания) и присвоения выделенным вершинам индивидуальных параметров. Такой подход позволяет при расчете плана формирования поездов выделять технические маршруты с. тыловых станций припортового железнодорожного полигона, высвобождая маневровые средства, емкость сортировочных припортовых станций, а, также формировать порожние технические маршруты в адрес станций погрузки и входных станций погрузочных районов с подборкой порожних вагонов по разным техническим и. (или) технологическим признакам.

8. На основе разработанной постановки проведена модернизация алгоритма расчета плана формирования одногруппных поездов в части возможности выделении поездов из порожних вагонов и технических маршрутов.

Совместный расчет груженых и порожних вагонопотоков по сравнению с классическим последовательным расчетом позволяет динамически распределять ограничения по перерабатывающей способности станции и числу формируемых назначений, что позволяет отклонять поток на параллельные хода и оптимизировать загрузку сортировочных станций.

9. Рассмотрены два варианта последовательности расчета технических маршрутов по отношению к общей последовательности алгоритма расчета плана формирования:

1) в процессе расчета плана формирования;

2) после расчета плана формирования.

Первый вариант эффективен при высокой загрузке попутных технических станций с переработкой. Второй вариант там, где имеются значительные объемы ^маршрутизированного вагонопотока с одинаковыми дополнительными признаками в адрес одной станции назначения.

Для дальнейшего рассмотрения принимается комбинированный вариант, поскольку позволяет как концентрировать маршрутоспособные вагоно-потоки на станциях, имеющих резервы путевого развития сортировочных парков, а также рассмотреть возможность выделения дополнительных назначений технических маршрутов без отклонения потоков от кратчайших путей следования вагонопотоков.

10. Предложена технология, позволяющая применять план формирования для оптимизации взаимодействия с крупными пользователями услуг ОАО «РЖД», владельцами и операторами подвижного состава. Данная технология учитывает назначения поездов, организованных перевозчиком, и назначения, организованные по запросам-предложениям крупных операторов подвижного состава.

Для реализации указанной технологии:

определен реквизитный состав запроса-предложения оператора подвижного состава на включение поездов в план формирования;

предложен порядок рассмотрения данных запросов в структуре ОАО «РЖД»;

разработаны методические положения по проведению автоматизированных расчетов по оценке технической реализуемости и экономической эффективности запросов-предложений с определением договорной платы за формирование поездов по признакам, не предусмотренным основным планом формирования.

11. В диссертации разработаны методические решения совместного расчета плана формирования одногруппных грузовых поездов из груженых и порожних вагонопотоков с выделением назначений технических маршрутов. Ожидаемый эффект от внедрения предложенных решений: снижение суммарной переработки транзитных вагонов на 4,26 тыс. вагонов/сут., повышение коэффициента транзитности вагонопотоков на 0,012, снижение потребности в парке поездных локомотивов на 82 единицы, экономия суммарных эксплуатационных расходов в объеме 17,56 млн. рублей/сутки. В годовом исчислении экономия составит 6,4 млд. рублей.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВЫННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1) Агеев, Р.В. Алгоритм расчета вагонопотоков [Текст] / Р.В. Агеев // Мир транспорта. - 2010. - Т. 29. -№ 1. - С. 58-60.

2) Бородин, А.Ф. Размещение, развитие и взаимодействие сортировочных станций [Текст] / А.Ф. Бородин, Р.В. Агеев, A.C. Крылов, М.Б. Сиротич // Железнодорожный транспорт. - 2010. -№8. - С. 15-22.

3) Агеев, Р.В. Комбинированные решения повышают транзитность [Текст] / Р.В. Агеев // Мир транспорта. - 2013. - Т. 47. - № 3. - С. 122-127.

4) Агеев, Р.В. Расчет резерва путевого развития сортировочных станций [Текст] / Р. В. Агеев // Соискатель. - 2007. - Т. 4. - № 1. - С. 28-30.

5) Агеев, Р.В. Методы совместной организации груженых и порожних вагонопотоков на полигоне сети [Текст] / Р. В. Агеев. - «Trans-Mech-Art-Chem» : Труды V Международной научно-практической конференции. - Москва : МИИТ, 2008. - С. 7-8.

6) Свидетельство программы для ЭВМ 2012612178 Российская Федерация, Имитационная ресурсная модель использования инфраструктуры ОАО «РЖД» «Прогноз ресурсов сети (ПРОГРЕСС) [Текст] / Р. В. Агеев, М.А. Агеева, А.Ф. Бородин и др.; 28.02.2012.

7) Свидетельство программы для ЭВМ 2012617006 Российская Федерация, Программное обеспечение для взаимодействия инфраструктурной модели ОАО «РЖД» и ресурсной модели ОАО «РЖД» [Текст] / Р. В. Агеев, М.А. Агеева, А.Ф. Бородин и др.; 06.08.2012.

Агеев Роман Валерьевич

СОВМЕСТНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОПОТОКОВ НА ПОЛИГОНЕ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

05.22.08 - Управление процессами перевозок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати У^.У//-? Формат 60x90 '/,6

Заказ № Объем 1,5 п.л. Тираж 80 экз.

УПЦ ГИ МИИТ, Москва, 127994, ул. Образцова д.9 стр.9.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения»

МГУПС (МИИТ)

На правах рукописи

04201451731

АГЕЕВ РОМАН ВАЛЕРЬЕВИЧ

СОВМЕСТНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОПОТОКОВ НА ПОЛИГОНЕ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

05.22.08. — Управление процессами перевозок

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Бородин Андрей Федорович

Москва-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................4

1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ СОВМЕСТНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОПОТОКОВ НА ПОЛИГОНЕ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ......................................................................................................8

1.1 Развитие отечественной теории и практики расчета плана формирования одногруппных поездов....................................................................................................8

1.2 Анализ существующей системы организации вагонопотоков.................20

1.3 Международный опыт и исследования разработки плана формирования грузовых поездов...........................................................................................................36

1.4 Цель, структура и задачи исследования.....................................................40

1.5 Выводы по главе 1........................................................................................42

2 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ НОРМАТИВОВ ПЛАНА ФОРМИРОВАНИЯ ПОЕЗДОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕХНИЧЕСКИХ МАРШРУТОВ ИЗ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОВ.................................45

2.1. Многоуровневая потоковая модель...........................................................45

2.2 Исследование резервов путевого развития сортировочных станций для совместной организации груженых и порожних вагонопотоков в поезда.............47

2.3 Исследование нормативов на обработку маршрутизированного вагонопотока на станции формирования и на станции назначения технического маршрута........................................................................................................................53

2.4 Исследование технико-экономических нормативов для назначений технических маршрутов и поездов из порожних вагонов в пути следования и на станциях формирования...............................................................................................63

2.5 Выводы по главе 2........................................................................................75

3 МЕТОДИКА СОВМЕСТНОГО РАСЧЕТА ПЛАНА ФОРМИРОВАНИЯ ОДНОГРУППНЫХ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ ИЗ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОПОТОКОВ С ВЫДЕЛЕНИЕМ НАЗНАЧЕНИЙ ТЕХНИЧЕСКИХ МАРШРУТОВ НА ПОЛИГОНЕ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ................................................................................................................77

3.1 Разработка расчетных вагонопотоков........................................................77

3.2 Методические приемы оценки эффективности формирования технических маршрутов и поездов из порожних вагонов........................................82

3.3 Расчет плана формирования одногруппных поездов из груженых и порожних вагонов с выделением назначений технических маршрутов на полигоне сети железных дорог Российской Федерации............................................................92

3.4 Выводы по главе 3......................................................................................100

4 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПУТИ РАЗВИТИЯ

СИСТЕМЫ СОВМЕСТНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОПОТОКОВ НА ПОЛИГОНЕ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ....................102

4.1 Реализация совместного расчета сетевого плана формирования грузовых поездов из груженых и порожних вагонов в Автоматизированной системе организации вагонопотоков.......................................................................................102

4.2 Эффективность совместного расчета плана формирования поездов из груженых и порожних вагонопотоков......................................................................104

4.3 Эффективность выделения технических маршрутов при совместном расчете плана формирования поездов из груженых и порожних вагонопотоков 107

4.4 Организация взаимодействия владельца железнодорожной инфраструктуры и операторов подвижного состава при разработке и корректировке плана формирования поездов..........................................................114

4.5 Применение разработанных решений в системе автоматизированного прогноза ресурсов железнодорожной сети...............................................................123

4.6 Выводы по главе 4......................................................................................131

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................133

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................................138

ПРИЛОЖЕНИЕ А. СТРУИ ГРУЖЕНЫХ ВАГОНОПОТОКОВ

МОЩНОСТЬЮ 4 ВАГОНА И БОЛЕЕ И ИМЕЮЩИХ 5 И БОЛЕЕ ПЕРЕРАБОТОК...........................................................................................................149

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. АКТЫ О ПРИЕМКЕ В ПОСТОЯННУЮ ЭКСПЛУАТАЦИЮ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ...............................155

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время произошел переход к обращению приватного подвижного состава на сети ОАО «РЖД». В связи с изменившимися условиями транспортного рынка возросла роль операторских компаний и значение взаимодействия ОАО «РЖД» с крупными пользователями транспортных услуг по предоставлению инфраструктуры.

Коммерческая успешность ОАО «РЖД» в условиях, когда основной деятельностью ОАО «РЖД» становится предоставление инфраструктуры операторским компаниям, будет во многом зависеть от повышения качества и набора предоставляемых услуг, более рациональной организации вагонопотоков, ведущей к снижению издержек для операторов вагонного парка. Эта наиболее актуальная для ОАО «РЖД» в сфере организации вагонопотоков задача диктует следующие первоочередные цели:

минимизация эксплуатационных расходов на организацию вагонопотоков в поезда и их продвижение к пунктам назначения;

предотвращение потерь в инфраструктурной составляющей тарифа из-за некачественной организации перевозочного процесса.

В свою очередь эти цели требуют развития новых подходов к системе организации вагонопотоков для ОАО «РЖД» с учетом переосмысления принципов определения стоимости вагоно-часа грузового вагона.

Рациональная система организации вагонопотоков относится к числу проблем, теоретическому исследованию которой за последние десятилетия посвящено значительное число работ. Однако практически все разработанные и реализованные на ЭВМ методики расчетов предусматривают раздельную оптимизацию:

плана формирования груженых и комбинированных поездов; плана формирования поездов из порожних вагонов.

При этом для организации и продвижения и тех, и других поездов используется общая инфраструктура, ограниченные ресурсы которой не всегда

позволяют найти действительно эффективное решение для сети в целом.

Целыо настоящего диссертационного исследования является разработка методики совместного расчета плана формирования грузовых поездов из груженых и порожних вагонопотоков с выделением назначений технических маршрутов и ее программная реализация в Автоматизированной системе организации вагонопотоков.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- модифицировать общую постановку задачи и алгоритмы расчета плана формирования;

- разработать принципы агрегации и декомпозиции расчетных вагонопотоков;

- модифицировать формализованное представление сети в алгоритме расчета;

- разработать правила взаимодействия участников транспортного процесса для предоставления недискриминационного доступа к инфраструктуре

На защиту выносятся следующие основные результаты исследования:

- модифицированная методика для совместного расчета плана формирования одногруппных поездов из груженых и порожних вагонов с выделением технических маршрутов;

- методы настройки автоматизированного расчета плана формирования грузовых поездов, которые позволяют улучшить результаты расчетов и наиболее эффективно использовать имеющиеся ресурсы сети и учитывать различные технологические условия;

- технология применения системы расчета в условиях обращения на сети вагонных парков разной принадлежности и с разными условиями эксплуатации.

Объектом данного диссертационного исследования является система организации вагонопотоков на полигоне сети железных дорог Российской Федерации.

Предметом данного диссертационного исследования являются способы организации вагонопотоков для продвижения от станций зарождения

вагонопотоков до станции погашения вагонопотоков.

Указанные результаты использованы Отделением взаимодействия транспортных систем ОАО «НИИАС» в разработке подсистемы расчета плана формирования поездов из порожних вагонов и технических маршрутов по родам грузов и грузополучателям системы автоматизированного расчета сетевого плана формирования грузовых поездов. В рамках указанной системы выполнены расчеты сетевого плана формирования поездов из груженых и порожних вагонопотоков с выделением назначений технических маршрутов. Результаты апробации расчетов показали возможность снижения затрат, связанных с нахождением вагонов на попутных технических станциях и на станциях их назначения, с переработкой и продвижением по участкам, за счет перераспределения не только груженых, но и порожних вагонопотоков со станций, на которых переработка близка к техническим возможностям, на менее загруженные станции, а также выделения технических маршрутов.

Результаты диссертационного исследования использованы в следующих документах:

- Единый технологический процесс железнодорожных перевозок, утвержден вице-президентом ОАО «РЖД» В.Г. Лемешко от 30.10.09;

- Комплексная интегрированная технология грузового движения по расписанию, утвержденная первым вице-президентом ОАО «РЖД» от «05» июня 2012 года;

- Регламент рассмотрения и согласования в ОАО «РЖД» запросов на формирование поездов из приватных вагонов по признакам, не предусмотренным планом формирования поездов, утвержден распоряжением Первого вице-президента ОАО «РЖД» В.Н.Морозова №2045р от 05.10.09;

- Единая технология работы Усть-Лужского железнодорожного узла и станции Лужская-Сортировочная;

- Методические указания прогнозирования и моделирования эксплуатационной работы с учетом пропускных и перерабатывающих способностей инфраструктуры ОАО «РЖД», утвержденные В.Г. Лемешко от «07» сентября

2010 года.

Результаты использованы при проектировании автоматизированных систем, принятых в промышленную эксплуатацию в ОАО «РЖД»:

- Подсистема расчета плана формирования поездов из порожних вагонов и технических маршрутов по родам грузов и грузополучателям системы автоматизированного расчета сетевого плана формирования грузовых поездов (СПФ-2);

- Имитационная ресурсная модель инфраструктуры ОАО «РЖД» - Прогноз ресурсов сети (АС ПРОГРЕСС);

- Система информационно-аналитической поддержки разработки плана формирования грузовых поездов (СИАП);

- Подсистема разработки и ведения технических и стоимостных параметров грузоотправителей и грузополучателей маршрутов для решения задач организации маршрутных перевозок (АБД МАРШРУТ).

1 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ СОВМЕСТНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГРУЖЕНЫХ И ПОРОЖНИХ ВАГОНОПОТОКОВ НА ПОЛИГОНЕ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

1.1 Развитие отечественной теории и практики расчета плана формирования одногруппных поездов

За последние шестьдесят лет вышло значительное число работ, посвященных исследованию проблемы рациональной организации вагонопотоков в поезда, и ее основополагающему разделу - оптимальному плану формирования одногруппных поездов.

Целью расчета плана формирования одногруппных поездов является наиболее целесообразное распределение между техническими станциями (сортировочными и участковыми) работы по организации вагонопотоков в поезда.

Методы расчета плана формирования грузовых поездов молено разделить на три группы (рисунок 1.1):

1. сканирование множества вариантов решения;

2. аналитические расчеты;

3. решение оптимизационных задач математического программирования.

Методы расчета плана формирования, относящиеся к первой группе,

подразделяются на две подгруппы: полного перебора вариантов и упорядоченного сканирования множества вариантов.

К методам полного перебора относят: метод абсолютных расчетов А.П.Петрова, метод последовательных расчетов А.П.Петрова и В.П.Черенина и другие.

К методам упорядоченного сканирования множества вариантов относят: метод А.И.Попова (метод направленного перебора вариантов, упорядоченных по числу сквозных назначений) [1], метод последовательного приближения А.А.Абрамова и В.Г. Атласова, метод автоматизированного расчета

Рисунок 1.1- Классификация методов расчета плана формирования грузовых поездов

(развитие метода совмещенных аналитических сопоставлений для реализации на ЭВМ) В.К.Буяновой и Ы.В.Кондрахшюй[2], метод группы лучших вариантов МИИТа В.Г.Саенко и Б. Дел Рио Салседа, В.И.Ковалева по расчету плана модифицированным методом совмещенных аналитических сопоставлений [3] и другие.

В отличие от методов сканирования множества вариантов, которые работают с вариантами плана формировашш, алгоритмы методов аналитических расчетов работают с вагонными струями.

Методы аналитических расчетов развивались в грудах И.И.Васильева (метод аналитических сопоставлений) [4]; В.С.Лариоиова [5] и А.К. Угрюмова [6] (дополнения к методу аналитических сопоставлений); К.А.Бернгарда (метод совмещенных аналитических сопоставлений) [7]; В.М. Акулиничева (метод непосредственного расчета) [8]; С.Г.Стоппчева (метод ХабИИЖТа) [9]; Л.В. Одинцова (уточнение аналитических расчетов путем предварительного нахождения расчетного количества назначений) [10], В.А.Кудрявцева по расчету плана формирования методом последовательного укрупнения струй вагонопотоков [11].

Методы сканирования множества вариашов и аналитических расчетов предъявляют жесткие требования к конфигурации полигона. Таким образом, методы обоих групп производят расчет на направленных полигонах (линейных или разветвленных) с ограниченным числом станций и примыкающих линий. Следовательно, невозможно произвести расчеты плана формирования грузовых поездов (ПФ) па всей сети железных дорог Российской Федерации. Кроме того, не учитываются ограничения по техническому развитию станций - числу сортировочных путей, перерабатывающей способности горок и вытяжек, пропускной способности парков приема, отправления и транзитных. По этой причине рассчитанный вариант ПФ требует проверки технической реализуемости по пропускным и перерабатывающим способностям элементов инфраструктуры.

Методы, основанные на решении оптимизационных задач математического программирования, работают с вагонными струями аналогично аналитическим

расчетам, но позволяют производить расчет на сети станций и участков произвольной конфигурации.

К методам оптимизационных задач входят две подгруппы по характеру их решения:

- регулярными методами;

- эвристическими методами.

Решение оптимизационных задач регулярными методами характеризуется нахождением точного оптимального плана формирования на приближенной (упрощенной) постановке задачи. Регулярные методы решения оптимизационных задач развивались в трудах В.Г.Шубко, А.Ю.Папахова (задача целочисленного линейного программирования с булевыми переменными), методы линейного программирования (симплекс-метод), А.В.Кутыркина (метод ветвей и границ), А.Н.Иванкова.

С помощью эвристических методов находят приближенное решение для точно поставленной задачи. К эвристическим методам относятся метод С.В.Дуваляна, метод пошагового распределения вагонопотоков по сети допустимых назначений А.П.Батурина, который получил развитие и программную реализацию в трудах В.В.Панина и О.А.Шумской.

В своей работе А.Т.Осьминип [12] дает подробный анализ методов расчета плана формирования, разработанные отечественными учеными.

Развитие вычислительной техники и методов программирования позволили развивать и производить автоматизированные расчеты методами упорядоченного сканирования множества вариантов решения:

- предложения А.Т. Осьминина по оценке вариантов плана формирования поездов по нескольким натуральным критериям [12] реализованные в автоматизированной системе АС РПФП [13-19];

- разработки ВНИИЖТа по комплексному расчету плана формирования и отправительской маршрутизации [20] и комплексной оценке показателей организации вагонопотоков [21-23].

Кроме того, имеют теоретическое и прикладное значение предложения

ученых МИИТа по экономической оценке вариантов плана формирования в условиях рынка [24,25], рекомендации практических работников по совершенствованию плана формирования [26-31], а также разработки ВНИИЖТ и ВНИИАС [32-47], транспортных вузов [48-59], ГВЦ МПС [60] по развитию, как отдельных методик, так и системы организации вагонопотоков в целом.

В инструктивных указаниях по организации вагонопотоков на железных дорогах СССР 1967 года [61] при расчете плана формирования маршрутов из порожних вагонопотоков и комбинированных поездов основным критерием является экономия вагоно-часов. �