Решение задач оптимизации развоза вагонов по станциям и подъездным путям в центрах управления местной работой
В настоящее время в целях повышения эффективности оперативного управления местной работой на станциях сети железных дорог
внедряются АСУ местной работой (АСУ МР) в рамках создаваемых в отделениях Центров управления (ЦУМР). На Омском отделении
Западно-Сибирской и Свердловском отделениии Свердловской железной дороги в декабре 2003 г. введены в постоянную эксплуатацию
и успешно функционируют базовые версии АСУ МР. В 2005-2006 годах осуществляется тиражирование данных разработок на всей сети
РЖД.
Одной из приоритетных задач, решаемых в АСУ МР, является оптимизация развоза местных вагонов по станциям, подъездным
путям и грузовым фронтам, включая оптимизацию формирования многогруппных составов сборных поездов и грузовых подач. Эти задачи
реализованы в подсистеме текущего планирования АСУ местной работой отделения дороги и направлены на:
- повышение качества транспортного обслуживания грузовладельцев;
- снижение эксплуатационных расходов за счёт двух-трёхкратного сокращения времени на формирование многогруппных
составов при приме нении методов комбинаторной сортировки вагонов;
- освобождение маневровых локомотивов станций участка от необходимости детальной подборки вагонов по промежуточным
станциям и подъездным путям;
- ускорение подачи вагонов под грузовые операции и соответственно сокращение простоя местных вагонов на станциях;
- улучшение использования подвижного состава и сокращение обо рота местного вагона на отделении за счёт оптимизации
развоза вагонов и выбора рациональной очерёдности и порядка обслуживания подъездных путей и грузовых фронтов.
Для решения данных информационно-управляющих задач разработано специализированное программное обеспечение (Программа),
функционирующее во взаимодействии с базами данных подсистем текущего и сменно-суточного планирования работы станций и отделения
железной дороги.
Оптимизация развоза местных вагонов по подъездным путям и грузовым фронтам
Программа обеспечивает расчёт оптимальной последовательности обслуживания подъездных путей и грузовых фронтов станции
в соответствии с любым из заданных критериев.
Основными функциями, реализованными в задаче, являются:
• ведение нормативно-справочной информации (НСИ) по всем районам местной работы, по подъездным путям и грузовым
фронтам станции;
• проведение оперативного анализа накопления местных вагонов на путях станции;
• проведение оперативного анализа состояния вагонов на подъездных путях и грузовых фронтах станции;
• расчёт времени движения локомотива с вагонами по перегонам транспортной сети станции, а также прогнозного времени
выполнения грузовых операций с вагонами на подъездных путях и грузовых фронтах;
• подготовка исходных данных и расчёт оптимальной последовательности развоза местных вагонов по заданным критериям;
• вывод графиков динамики окончания выполнения грузовых операций, а также динамики подачи и уборки вагонов под
грузовые операции на подъездных путях (грузовых фронтах) по рассчитанным оптимальным вариантам развоза;
• подготовка и вывод наряда-задания на обслуживание района мест ной работы маневровому диспетчеру;
• передача в автоматизированном режиме данных об очерёдности раз воза вагонов в Задачу оптимального формирования
многогруппных составов с целью ускорения подборки групп вагонов по фронтам для грузовой подачи в район местной работы.
Необходимыми условиями для работы Программы является ведение пономерной вагонной модели линейного района в АСУ МР с указанием
основных характеристик вагонов, находящихся как на путях станции, так и на подъездных путях и грузовых фронтах, а также информационное
взаимодействие с АРМом приёмосдатчика, в котором в реальном масштабе времени обновляется информация о клиентах станции, условиях
их обслуживания, а также вводятся данные о завершении грузовых операций с вагонами на подъездных путях и грузовых фронтах.
В качестве критериев оптимизации для расчёта задаётся один из следующих:
• минимизация вагоно-часов простоя вагонов в ожидании подачи их на грузовые фронты;
• обеспечение максимального количества погруженных (выгруженных) вагонов к указанному диспетчером времени или
концу смены;
• обеспечение максимального количества поданных и убранных вагонов к заданному времени под соответствующую нитку
графика работы сборного поезда (для включения убранных вагонов с минимальным ожиданием в состав поезда).
Первый критерий позволяет минимизировать простой вагонов в ожидании подачи их на грузовые фронты; в этом случае
целевая функция Ф1 может быть представлена в виде суммарных вагоно-часов, затраченных на подачу вагонов:

где К — число обслуживаемых фронтов;
Ni - количество вагонов, подаваемых на i-ый грузовой фронт;
t0- время отправления грузовой подачи со станции;
ti- время окончания расстановки вагонов на i-ом грузовом фронте;
[ t0, tk] - период обслуживания.
Критерий 01 предусматривает минимизацию вагоно-часов в ожидании подачи, но полностью не учитывает производительность
грузовых пунктов и, следовательно, не отражает суммарных эксплуатационных потерь от общего простоя местных вагонов.
Так как в значительной степени простой вагонов на грузовых станциях зависит от ускорения выгрузки грузов, то в качестве
второго критерия можно использовать максимальное ускорение выгрузки, т.е. получение к заданному моменту времени (например,
на конец суток) максимального числа выгруженных вагонов. В этом случае в критерий войдёт и производительность грузовых фронтов:

где Bi - количество выгруженных на заданный момент времени вагонов на i-ом грузовом пункте.
Второй критерий можно представить также в виде минимума суммарных вагоно-часов, затраченных на подачу вагонов
и проведение грузовых операций на грузовых фронтах:

где tгр — время окончания грузовых операций на i-ом грузовом фронте;
[ t0, tkгр] -период обслуживания.
В такой постановке (3) критерий Ф2 позволяет минимизировать простой вагонов в ожидании завершения грузовых
операций на грузовых фронтах. В результате достигается максимальное ускорение погрузки/выгрузки, т.е. получение к заданному
моменту времени максимального числа погруженных (выгруженных) вагонов.
Целевая функция и ограничение для третьего критерия - для обеспечения максимального количества поданных и убранных
вагонов к заданному времени работы сборного поезда (т.е. под соответствующую нитку графика) в общем случае могут быть представлены
в виде:

при tразв ≤ tзад
где, Ni(под) и Ni(уб) - количество поданных и убранных вагонов
на i-ом грузовом фронте;
αi, βi - коэффициенты, учитывающие приоритетность в обслуживании i-ro грузового
фронта, значения которых определяются порядком развоза вагонов (только подача, совмещённая подача и уборка или же только
уборка вагонов с фронта или подъездного пути), режимом работы грузовых фронтов, срочностью подачи и уборки вагонов, родами
перевозимого груза и другими факторами (так, например, если обслуживание «дальних» грузовых фронтов приводит к нарушению
заданного ограничения
tразв ≤ tзад то для таких фронтов αi
= βi = 0 );
tразв - время возвращения локомотива с убранными вагонами на станцию после обслуживания данного
района грузовой работы;
tзад - время возвращения, заданное диспетчером.
Обеспечение развоза местных вагонов по данному критерию вводится для минимизации времени ожидания отправления со станции
вагонов, убранных из района грузовой работы, с очередным сборным поездом. При
этом в расчётах принимается tзад ≤ tсборн , где tсборн
- время прибытия сборного поезда на станцию. Использование этого критерия эффективно также в случае, если требуется убрать
максимальное количество вагонов с фронтов к концу смены, тогда tзад ≤ tок_смен
, где tок_смен - время окончания рабочей смены.
Применение любого из этих критериев при расчёте очерёдности подачи и уборки вагонов зависит от ряда факторов и может
выбираться в режиме диалога маневровым диспетчером.
Информационная модель данных, необходимых для решения Задачи оптимизации развоза вагонов по подъездным путям и
грузовым фронтам, приведена на рисунке 1.
В состав НСИ по районам местной работы (блок I) входят:
• Список подъездных путей и грузовых фронтов по каждому из районов местной работы станции;
• Допустимая скорость движения по перегонам транспортной сети грузовых фронтов и подъездных путей станции и ограничения
допустимых скоростей;
• Длина каждого перегона;
• Ограничения по весу и длине на формируемые грузовые подачи.
В состав НСИ по подъездным путям и грузовым фронтам (блок II) «ходят:
• Режим работы грузовых фронтов (включая режимы: ежедневно; кроме воскресенья; кроме субботы и воскресенья; а также времена
начала и окончания работы);
• Полная вместимость грузовых фронтов и вместимость фронтов одновременной погрузки/выгрузки;

Рис.1. Информационная модель Задачи оптимизации развоза вагонов по подъездным путям и грузовым фронтам и её взаимодействие
с базами данных АСУ МР
• Времена на технологические операции с вагонами (средние времена заезда и выезда маневрового локомотива с вагонами с/на
грузовой фронт);
• Список клиентов (ветвевладельцы, контрагенты, разовые клиенты) с указанием их кодов по справочнику ОКПО и по железнодорожному
классификатору предприятий;
• Приоритеты в обслуживании грузовых фронтов;
• Статистическая информация о работе грузовых фронтов с набором влияющих факторов (для расчёта прогнозного времени на
грузовые операции в зависимости от рода груза, типа вагона и вида грузовой операции).
К входным параметрам для проведения расчётов относятся:
• Оперативная информация о накоплении местных вагонов на путях станции с указанием номера вагона, наименования и кода
грузополучателя, наименования и кода груза, веса и условной длины вагона (учитываются при наличии ограничений по весу и длине
на грузовую подачу);
• Оперативная информация о накоплении вагонов на подъездных путях и грузовых фронтах с указанием дополнительно:
- фактического времени подачи вагона на грузовой фронт и под грузовую операцию;
- фактического времени окончания грузовой операции (для вагонов, находящихся на момент
расчёта под грузовой операцией, осуществляется расчёт прогнозного времени окончания грузовых операций на основе статистических
методов и анализа влияющих факторов);
• Режим обслуживания района местной работы (подача/уборка, по дача, уборка);
• Время начала обслуживания района местной работы.
Результатом решения задачи в АРМ маневрового диспетчера является согласованное с диспетчером наряд-задание составителю
поездов на обслуживание подъездных путей и грузовых фронтов, в котором указывается очерёдность обслуживания, пономерной список
вагонов, подаваемых на фронты и убираемых с фронтов, и расчётное время на выполнение всех операций по развозу, подаче и уборке
местных вагонов на станции.
Оптимизация формирования многогруппных составов сборных поездов и грузовых подач
Формирование многогруппных составов местных поездов в АСУ МР организуется в соответствии с любым из задаваемых критериев
подборки вагонов в составах. В задаче ускоренного формирования многогруппных составов подборка вагонов за минимальное время
на маневровые операции может быть осуществлена:
- как по всем станциям участка, так и по районам местной работы, подъездным путям и грузовым фронтам
этих станций (в том числе, после решения приведённой выше задачи);
- по видам налива для порожних цистерн (тёмный-светлый налив) с выделением в отдельные группы вагонов
под конкретные рода пере возимого груза;
- по собственникам подвижного состава (собственные вагоны, арендованные, вагоны компаний-операторов
и вагоны инвентарного парка ОАО «РЖД»);
- по родам подвижного состава и их текущему состоянию (гружёные и порожние);
- по техническому состоянию вагонов, в том числе, по толщи не гребня колёс, пробегу, годам постройки;
- по видам ремонта для неисправных вагонов и т.п.
С учётом технологических особенностей работы конкретных станций разработан программный комплекс, позволяющий решать задачу
для условий, когда:
• формирование многогруппного состава (т.е. сортировка и подборка вагонов)
выполняется на достаточном количестве сортировочных путей и требуется определить их оптимальное число в соответствии с числом
подбираемых в составе групп вагонов;
• формирование ведется на ограниченном числе сортировочных путей (2—3 пути,
включая и путь, на котором находится исходный состав);
• формирование ведется в условиях недостаточной вместимости сортировочных путей
или концов этих путей («короткие пути»);
• формирование ведется в условиях недостаточной длины вытяжного пути («короткая
вытяжка») и возникающей при этом необходимости в делении состава и формировании его по частям;
• формирование в условиях, когда возникает любая комбинация из вышеназванных
ограничений (ограниченное число сортировочных путей, недостаточная их вместимость, короткая вытяжка);
• формирование многогруппных составов при отсутствии требования жесткой упорядоченности
групп вагонов на их расположение в составе поезда (т.е. группы вагонов должны быть подобраны, но могут находиться в любой
последовательности относительно друг друга в составе поезда).
В Центре управления местной работой Омского отделения на станции Московка Западно-Сибирской железной дороги с целью ускорения
подачи вагонов под грузовые операции и сокращения простоя местных вагонов внедрён программный комплекс по подборке вагонов
для станции Комбинатская по собственникам подвижного состава, видам налива, отдельным родам перевозимого груза и выделением
в отдельные группы неисправных вагонов по видам их ремонта, а для станции Карбышево - по станциям участка, родам подвижного
состава (с выделением в отдельные группы порожних и гружёных вагонов), подъездным путям и отдельным грузовым фронтам, с подборкой
в отдельные группы неисправных вагонов и вагонов, направляемых на таможню (рис.2).
В соответствии с разными критериями может быть получена и разная детализация по количеству подбираемых групп вагонов.
Так как для ряда групп в составе поезда их расположение не является строго фиксированным, то ПЭВМ находит такой вариант
их расположения, который для реально накопленного состава будет получен за минимальное количество маневровых операций по
сортировке и подборке групп вагонов. Такие группы на рисунке указываются стрелкой « <-» », что означает условие их «нежёсткой
упорядоченности»; такие группы вагонов обязательно подбираются, но могут находиться в любой последовательности относительно
друг друга.
После выполнения расчёта, на основе метода комбинаторной сортировки вагонов и условия обеспечения минимального времени
на формирование многогруппного состава, на экране монитора отображается и далее распечатывается порейсный план маневровых
операций по сортировке и подборке
вагонов, так называемый сортировочный листок, а также расчётное нормативное время на выполнение всех маневровых рейсов,
которое может служить как для контроля за исполнением, так и для планирования работы горки и сортировочных устройств. Расчёт
времени на формирование многогруппного состава ведётся путём моделирования всех перемещений локомотива с вагонами по путям
станции в соответствии с нормативами на выполнение маневровых операций, реальными данными о расположении вагонов в исходном
составе и полученным сортировочным листком.
Для оценки работы по данной задаче можно привести следующие параметры реального формирования вагонов на станции Московка
для станции Комбинатская: многогруппный состав из 72 вагонов и 6 групп формируется с использованием ещё только двух концов
сортировочных путей за три маневровых рейса (две сортировки и одну перестановку) не более, чем за 35-40 минут.
Выводы
1. Разработанные задачи по оптимизации развоза местных вагонов по подъездным путям и грузовым фронтам
станций и оптимизации формирования многогруппных составов местных поездов относятся к числу информационно-управляющих задач
в Центрах управления местной работой и направлены на повышение качества использования подвижного состава, сокращение простоя
местных вагонов на станциях, ускорение оборота местного вагона на отделении.
2. В реализованной постановке данные задачи позволяют в значительной степени функционально расширить
и принципиальным образом усовершенствовать систему организации местной работы на станционном и отделенческом уровнях.
3. Положительные результаты, полученные при внедрении данных задач в ЦУМРах Омского и Свердловского
отделений, свидетельствуют о высокой их эффективности; разработанный программный комплекс включён в базовую версию АСУ МР
и будет тиражироваться во всех ЦУМРах на сети железных дорог России.
|