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;

N_i - количество вагонов, подаваемых на i-ый грузовой фронт;

t₀- время отправления грузовой подачи со станции;

t_i- время окончания расстановки вагонов на i-ом грузовом фронте;

[ t₀, t_k] - 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 B_i - 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 t^гр — время окончания грузовых операций на i-ом грузовом фронте;

[ t₀, t_k^гр] -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 t_разв ≤ t_зад

где, N_i(под) и N_i(уб) - количество поданных и убранных вагонов на i-ом грузовом фронте;

α_i, β_i - 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

t_разв ≤ t_зад то для таких фронтов α_i = β_i = 0 );

t_разв - время возвращения локомотива с убранными вагонами на станцию после обслуживания данного района грузовой работы;

t_зад - 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 t_зад ≤ t_сборн , где t_сборн - 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 t_зад ≤ t_{ок_смен} , где t_{ок_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.