Оптимизация формирования многогруппных поездов и развоза местного груза

Специфика работы железных дорог такова, что каждый погруженный вагон проходит стадию сортировки на станциях, подборки по станциям назначения и грузовым фронтам, и включению в сборные (вывозные, передаточные) поезда. Перемещение подвижного состава в пределах станции, исключая передвижение поездов при их приеме, отправлении и безостановочном пропуске, называют маневрами. Маневры — важный составной элемент перевозочного процесса, так как на них приходится около 20-25% эксплуатационных расходов. Поэтому снижение эксплуатационных расходов за счет сокращения маневровых передвижений является важной составляющей при организации местной работы.

Как показывает анализ, на всех сортировочных станциях сети железных дорог составы сборных поездов и грузовых подач формируются с небольшим числом групп (не более 5-7 групп в составе поезда) с включением в эти группы вагонов без их подборки на ряд станций или грузовых фронтов. В результате средняя продолжительность стоянки сборного поезда на промежуточных станциях остается высокой и объясняется тем, что переработка местного вагонопотока передается с технических на так называемые, опорные промежуточные станции, при этом на станциях формирования сборных поездов, как правило, не производится детальная подборка вагонов внутри групп, отцепляемых на участке от сборного поезда. Поэтому на промежуточных станциях выполняется повторная сортировка вагонов в порядке их расстановки на грузовых фронтах или в порядке передачи их на соседние промежуточные станции. Эта повторная сортировка выполняется в условиях ограниченного путевого развития, а в ряде случаев (при отсутствии изолированных вытяжек) и с занятием главных путей, что приводит к дополнительному снижению пропускной способности участка, а также к привлечению к этой работе маневровых локомотивов промежуточных станций.

В тоже время и на станциях формирования многогруппных составов сборных поездов и грузовых подач технология сортировки вагонов и подборки их по группам остается непроизводительной, требующей большой затраты маневровых операций и большого количества используемых для сортировки концов сортировочных путей. По действующей на технических станциях технологии для формирования многогруппного состава требуется столько сортировочных путей и столько маневровых рейсов по сортировке вагонов и их подборке, сколько групп в составе. При этом, как правило, первым рейсом вагоны, накопленные на одном из сортировочных путей станции, направляются с горки (или с вытяжного пути) на концы путей по одной группе на каждый путь в соответствии с распределением групп в составе поезда по этим путям.

После чего вагоны с каждого из путей последовательно собираются на исходном пути. Тем самым формируются составы с числом групп не более 7, иначе технически и по временным затратам сформировать состав с большим числом групп по данной технологии будет затруднительно.

На сортировочных станциях с большим объемом местной работы, а также в условиях концентрации переработки местных вагонопотоков на технически оснащенных сортировочных станциях необходима детальная подборка вагонов в формируемых многогруппных составах (до 10-20 и более групп) по станциям участка, подъездным путям и грузовым фронтам.

В арсенале методов, обеспечивающих детальную подборку для большого числа групп—метод комбинаторной сортировки вагонов, известный как опыт станции Бескудниково. Этот метод оптимальной сортировки вагонов в настоящее время реализован не в ручном исполнении в виде таблиц, как это было в Бескудниково, а на базе персональной ЭВМ в рамках автоматизированного рабочего места (АРМ) для дежурного по горке или маневрового диспетчера станции во взаимодействии с АСУ сортировочной станции.

При этом независимо от квалификации составительских бригад на основе новой интенсивной технологии реализуются оптимальные, наиболее экономичные режимы формирования многогруппных составов за счет рациональной последовательности выполнения маневровых операций по сортировке и сборке групп вагонов на ограниченном числе сортировочных путей или на концах этих путей.

Технология ускоренного формирования многогруппных составов позволяет с учетом проведения экономически обоснованной концентрации формирования поездов местных назначений на меньшем числе станций обеспечить детальную подборку не только по всем станциям участка, но и осуществить подборку вагонов по грузовым фронтам и подъездным путям с освобождением от этой работы маневровых локомотивов промежуточных станций. Разработанный программный комплекс позволяет также формировать многогруппные сборные поезда с подборкой вагонов по родам подвижного состава, в том числе, с выделением порожних цистерн под светлый и темный налив, с выделением в отдельные группы порожних и груженых вагонов, с подборкой вагонов собственности предприятий по их владельцам (особенно это важно для вагонов крупных предприятий-собственников, таких, как: «SEAT», «Русский мир», «Лукойл»).

Рис.1. «Электронный составитель» в АСУ СС

Эффект от применения указанной технологии заключается в 2-3-кратном сокращении времени на формирование многогруппных составов и снижении энергозатрат при выполнении маневровой работы в целом, причем технология тем эффективнее, чем большее число групп в поезде необходимо подобрать. Так, например, состав с числом групп от 6 до 10 подбирается в заданной последовательности расположения групп вагонов с использованием 3 сортировочных путей (или их концов) не более чем за 2-3 сортировки и одну перестановку, а с числом групп до 20 на тех же путях — не более, чем за 4 сортировки и одну перестановку.

Разработка оптимального плана маневровых операций в рамках АСУ сортировочной станции. Программный комплекс по расчету оптимальной последовательности маневровых операций при ускоренном формировании состава многогруппного поезда или грузовой подачи, называемый «Электронный составитель», включается в состав АРМ дежурного по горке (или АРМ маневрового диспетчера) сортировочной станции и информационно увязывается в единый контур с АСУ сортировочной станции (АСУ СС) (рис. 1).

В качестве исходной информации для решения задачи ускоренного формирования состава многогруппного поезда используется накопление вагонов на задаваемом в режиме диалога с ПЭВМ сортировочном пути. То есть, когда накопление вагонов на любой из сборных поездов завершено, осуществляется расчет сортировочного листка на его формирование.

Для этого, как только на экране монитора в перечне всех номеров сортировочных путей будет выбран требуемый номер пути, то в АРМ автоматически формируется и направляется по каналу связи в АСУ СС соответствующий запрос на передачу накопления вагонов на данном пути (см. рис. 1). После передачи из АСУ СС в АРМ дежурного по горке (или маневрового диспетчера) сведений по всем накопленным вагонам в объеме натурного листа, данное накопление вагонов отображается на экране (рис.2).

Далее осуществляется отработка варианта ускоренного формирования многогруппного состава. Для чего дежурный по горке (или маневровый диспетчер) выбирает назначение сборного поезда; указывает номера путей, которые будут использоваться при сортировке вагонов, и их фактическую вместимость; выбирает станции назначения для порожних вагонов, указывает номер пути для отсева «чужих» вагонов и другие сведения, запрашиваемые программой в режиме диалога.

Рис.2. Форма представления на экране монитора накопления вагонов на заданном сортировочном пути для выбранного сборного поезда (с указанием условной разметки станций назначения для каждого вагона). Знаком "X" система "Электронный составитель" выделяет те вагоны, которые должны направляться на отсевной путь, или по этим вагонам маневровый диспетчер должен принять решение о включении их в состав поезда

Выбор станций назначения для порожних вагонов, изменение порядка обслуживания станций и грузовых клиентов, выделение ряда станций в отдельные группы или, наоборот, их объединение в одну группу, исключение из состава поезда вагонов, например, с ценным грузом при работе сборного поезда в ночное время и другие особенности формирования отрабатываются в режиме корректировки НСИ (рис.3).

После расчета оптимального варианта выполнения маневровых рейсов и расчета сортировочного листка дежурный по горке (или маневровый диспетчер) визуально с экрана монитора или с распечатки анализирует его на реальность проведения указанных маневровых рейсов и на правильное использование заданных сортировочных путей и их вместимости. Если возникают какие-либо замечания, то после выполнения соответствующих корректировок расчет сортировочного листка может быть повторен.

Таким образом, после согласования с дежурным по горке (или маневровым диспетчером) оптимального варианта маневровых операций по сортировке вагонов (блок 3 на рис.1) сортировочный листок распечатывается и в соответствии с ним осуществляется весь процесс ускоренного формирования многогруппного состава.

Рис.3. Форма представления на экране монитора сведений НСИ о номерах групп и последовательности обслуживания станций сборным поездом на участке. В правой части экрана приводится перечень возможных процедур по корректировке НСИ

Для осуществления подборки накопленные на данное назначение вагоны выводятся маневровым локомотивом из сортировочного парка в парк приема (или направляются на вытяжной путь, если формирование состава будет проходить со стороны вытяжки).

После подъема на горку (или после перестановки на вытяжку) этих вагонов локомотив надвигает их на роспуск по путям сортировочного парка согласно рассчитанному в ПЭВМ сортировочному листку. После первого роспуска маневровый локомотив спускается в сортировочный парк и вытаскивает на горку (вытяжку) отсортированные вагоны с очередного пути, указанного в сортировочном листке, и производит следующий роспуск согласно порядку, определенному в сортировочном листке.

Процесс сортировки и перестановки вагонов с одного пути на другой производится до тех пор, пока не будет собран на одном пути в нужной последовательности весь многогруппный состав сборного поезда; после чего сформированный состав выводится в парк отправления.

По окончании формирования многогруппного состава из АРМ в АСУ СС направляется соответствующее сообщение о расположении вагонов в сформированном составе, на основе которого в АСУ СС корректируется порядок вагонов на данном пути.

После проверки состава в техническом и коммерческом отношениях и его готовности к отправлению к нему в хвост (или в голову в зависимости от направления следования на участок) прицепляют поездной локомотив, который и будет вести сборный поезд, отцепляя от него по пути следования соответствующие группы вагонов по станциям их назначения (на некоторых станциях отцепка групп вагонов может осуществляться маневровыми локомотивами, что указывается в технологии работы сборного поезда).

Общая схема расчета оптимальной последовательности маневровых операций. Разработка алгоритмического и программного обеспечения по всему комплексу функциональных задач ускоренного формирования многогруппных поездов и оптимизации развоза местного груза выполнена исходя из некоторого базового варианта решения задачи с постепенным наращиванием функций и адаптацией его к различным условиям работы каждой сортировочной станции.

В базовый вариант включается процедура анализа расположения вагонов в накопленном составе и расчета числа групп. Для этого каждому вагону, участвующему в процессе формирования многогруппного состава, системой присваивается фактический номер группы, в соответствии со станцией назначения этого вагона и порядком обслуживания станций сборным поездом (или в соответствии с порядком обслуживания грузовых фронтов — для грузовой подачи). Так вагонам, отцепляемым по ходу следования сборного поезда на первой станции участка, присваивается фактический номер группы, равный 1; на второй станции — фактический номер 2 и т.д. При этом фактические номера групп для каждой станции назначения вагонов определяются заранее и вносятся в соответствующий массив НСИ (см. рис.3).

Так как в любой последовательности номеров назначений вагонов (называемых фактическими номерами) имеются упорядоченности в явном виде (например, 2,..,2,..,3) или неявном виде (например, 7,..,8,..,7), а также, так как в адрес ряда станций назначения могут отсутствовать вагоны в данном составе и поэтому будут отсутствовать в последовательности номеров отдельные фактические номера, то выполняется перекодировка фактических номеров групп вагонов в условные номера, число которых оказывается значительно меньше числа фактических номеров групп. Такая перекодировка выполняется с учетом того или иного варианта проведения сортировки вагонов (с горки или со стороны вытяжки). По окончании работы процедуры перекодировки подсчитывается число условных номеров групп вагонов: К

Так как число путей для сортировки вагонов при формировании многогруппного поезда может быть задано ограниченным либо в достаточном количестве, то в соответствии с этим в системе определяются две стратегии сортировки:

• первая — оптимальная, когда число сортировочных путей не ог раничивается;

• вторая, когда формирование состава проводится на ограничен ном числе сортировочных путей.

В соответствии с оптимальной (первой) стратегией сортировки вагонов, когда число сортировочных путей не ограничивается, определяется необходимое оптимальное количество путей п для полученного числа условных номеров групп вагонов. Оптимальное количество сортировочных путей рассчитывается исходя из минимума маневровых операций по сортировке и перестановке вагонов при формировании многогруппного состава.

Далее сравниваются между собой: число введенных путей для сортировки вагонов п_вв и оптимальное их число п_опт. Если п_вв и п_опт равны между собой, то осуществляется сразу переход к оптимальной стратегии сортировки вагонов.

Если п_опт меньше числа введенных путей п_вв, то выполняется отсечение из массива номеров путей всех «коротких» путей так, чтобы количество оставшихся путей равнялось оптимальному. После чего осуществляется переход к оптимальной стратегии с выбором соответствующей схемы сортировки. Если же п_опт больше п_вв то следовательно, сортировка вагонов будет вестись в условиях ограниченного числа путей, и выбирается схема сортировки вагонов на таком количестве путей.

В соответствии с выбранной схемой осуществляется моделирование процесса сортировки вагонов. То есть в каждом маневровом рейсе определяется, на какой путь направляется очередной вагон и подсчитывается количество вагонов в каждом отцепе. По окончании моделирования формируется выходной массив последовательности маневровых операций по сортировке вагонов, т.е. сортировочный листок.

По окончании всего расчета осуществляется отображение на экране монитора сортировочного листка с полным описанием всей последовательности маневровых операций. При этом в случае необходимости есть возможность откорректировать исходные данные и повторить расчет. При завершении расчета сортировочный листок распечатывается и передается для исполнения.

Решение задачи с учетом ограничений на длину и вес многогруппного состава поезда. Основным критерием отсева вагонов из накопленного состава в этом случае является оценка количества маневровых операций, затрачиваемых на сортировку каждого вагона при его подборке в составе поезда. То есть последовательно исключаются из формируемого состава вагоны, требующие больше всего маневровых передвижений при их упорядочивании (до тех пор, пока не будут выполнены оба ограничения: на длину и вес состава). При этом в режиме диалога диспетчер может указать те вагоны, которые должны остаться на станции.

Решение задачи в условиях вытяжки ограниченной длины и ограниченной вместимости концов сортировочных путей. Расчет оптимальной последовательности маневровых операций при формировании многогруппного состава в условиях ограниченной длины вытяжки, ограниченной вместимости концов сортировочных путей, а также ограниченного числа этих путей — является сложной задачей комбинаторного типа и потребовал разработки отдельного алгоритма. Это связано с тем, что наличие каждого из перечисленных ограничений очень существенно увеличивает количество перебираемых вариантов при поиске решения. Так, например, наличие вытяжки ограниченной длины не позволяет вытягивать на сортировку все вагоны, накопленные на исходном пути, а также все вагоны с других путей в следующих рейсах. Следовательно, как для первого, так и для всех последующих маневровых рейсов необходимо определять оптимальное количество частей, на которые следует делить состав при его вытягивании на сортировку, а это взаимосвязано и с вместимостью концов путей, и с последовательностью их обработки, и с количеством используемых сортировочных путей.

Для решения данной задачи разработан и реализован эвристический алгоритм, суть которого формулируется следующим образом:

• двигаясь от итоговой ситуации, т.е. от конечного расположения вагонов в сформированном составе, к исходному составу, стараться на каждом шаге (рейсе) максимально уменьшать функцию цели, отражающую величину отдаленности текущей ситуации от исходной.

Эффект от внедрения технологии ускоренного формирования многогруппных поездов на базе ПЭВМ достигается за счет 2- и 3-кратного сокращения времени на выполнение маневровой работы по сортировке вагонов, обеспечения детальной подборки вагонов не только по всем станциям участков обслуживания сборными поездами, но и по грузовым фронтам и подъездным путям с освобождением от этой работы маневровых локомотивов промежуточных станций.