CC BY
16
УДК 656.212.5 Котельников Сергей Сергеевич,
аспирант каф. управления эксплуатационной работой (УЭР) Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПС), тел. 8 (914) 9521-566, e-mail: Ori-Gami@yandex.ru Иванкова Людмила Николаевна, к. т. н, доцент, тел. 8 (914)8934-321, e-mail: ivankovaln@yandex.ru
Иванков Алексей Николаевич, к. т. н., доцент каф. УЭР ИрГУПС, тел. 8-914-8939-774, e-mail: aivankov@mail.ru
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТАНЦИЙ
S.S. Kotelnikov, L.N. Ivankova, A.N. Ivankov
AUTOMATED SELECTION OF THE PARAMETERS OF TECHNICAL AND TECHNOLOGICAL STRUCTURE OF THE INDUSTRIAL RAILWAY STATION
Аннотация. На основе разработанной имитационной модели функционирования промышленных железнодорожных станций определены капитальные и эксплуатационные расходы при различных вариантах работы. Предложена оптимальная схема развития промышленной железнодорожной станции в течение расчетного периода.
Ключевые слова: промышленные железнодорожные станции, задержки подвижного состава, имитационная модель работы станций, схема этапного развития станций.
Abstract. On the basis of the developed simulating model of functioning division terminals intero-perational idle times and capacity of traveling development and necessary staff of workers of the point of maintenance car service for development of the set volume car flows are defined. The technique of a choice of rational parameters of technological process of work of division terminals and classification yards is offered. On the basis of the developed simulating model of functioning industrial terminals capital and operating costs of different options are defined. The optimum scheme of development of industrial railway station during the settlement period is offered.
Keywords: industrial terminals, industrial railway station, rolling stock delays, simulation model of the railway station.
В транспортной системе России железные дороги занимают ведущее место, и с каждым годом объемы перевозок грузов увеличиваются. В последние годы для улучшения работы станций
была принята «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года». Одной из главных задач, требующих решения, обозначено снижение совокупных транспортных издержек. Эти расходы могут быть сокращены при помощи оптимизации соотношения штата работников и технического оснащения железнодорожных станций.
В данной статье рассмотрен вариант определения оптимальной схемы этапного развития существующей промышленной станции. Техническое оснащение станции включает парк приема из 7 путей для обработки прибывающих грузовых поездов, сортировочный парк из 10 путей и парк отправления из 6 путей для обработки отправляющихся грузовых поездов. В парке приема одновременно работает 2 бригады ПТО, в парке отправления - одна. На станции работает один горочный локомотив.
Для определения оптимальной схемы этапного развития применялась разработанная авторами имитационная модель работы технических станций с возможностью изменения параметров потока поездов, характеристик параметров обслуживания, количества горочных локомотивов и путей в приемоотправочном парке [1]. На основе метода планирования машинного эксперимента были составлены уравнения регрессий, отображающие простои грузовых поездов (формулы 1-3).
Полиномы третьей степени, отображающие простои грузовых поездов в парке приема промышленной станции по причине занятости бригад ПТО, при доле поездов, поступающих
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство
в расформирование, равной 30 %, имеют следующий вид:
7ШТО = 413,90 + 315,80 • х + 46,80 • х2 + +13,90 • х + 28,10 • хх +13,90 • хх + С1)
+3,30 • хх + 3,30 • ххх, Г2 пто = 313,53 + 285,23 • х + 42,38 • х + +66,73 • х + 40,68 • хх + 66,73 • хх + (2)
+12,48 • хх +12,48 • хххз, ^ = 192,80 +189,03 • х + 27,13 • х +
+103,92 • х + 26,70 • хх +103,92 • хх + (3) +20,08 • хх + 20,08 • хххз •
Здесь Г1Пто - время простоя грузовых поездов при 1 работающей бригаде ПТО;
^што — время простоя грузовых поездов при 2 работающих бригадах ПТО; Г3ПТО — время простоя грузовых поездов при 3 работающих бригадах ПТО; х1 — количество прибывающих поездов в сутки; х2 — соотношение категорий грузовых поездов; х3 — количество приемо-отправочных путей.
Кодированные значения факторов рассчитаны для различного количества бригад ПТО в отдельности, поскольку максимальные и минимальные значения факторов варьируются по-разному (формулы 4—12).
Значения кодированных факторов при одновременной работе 1 бригады ПТО в парке приема промышленной станции при доле поездов, поступающих в расформирование, равной 30 %: 2 X — 28
* = —^-= 0,2-X, — 2,8, (4)
10
2^ X„ — 70
30
= 0,0667 • Х2 — 2,3333, (5)
= *2 — 5,0 ,
(6)
Значения кодированных факторов при одновременной работе 2 бригад ПТО в парке приема промышленной станции при доле поездов, поступающих в расформирование, равной 30 %: 2^ X — 53
X =-
23
2^ Х2 — 70 30
= 0,087 • Х1 — 2,3043, (7)
= 0,0667 • Х2 — 2,3333, (8)
2^ X, —12
х2 =-3-= 0,5 • Х2 — 3,0,
(9)
ш
2 X — 77
X =-1-= 0,0571 Х1 — 2,2, (10)
35
2^ X, — 70
= 0,0667 • Х2 — 2,3333, (11)
30
2^ X, —12
=-3-= 0,5 • Х2 — 3,0,
(12)
Анализ полученных формул позволил установить меру влияния каждого из факторов на параметр оптимизации. При этом в большей мере на задержку грузовых поездов оказывает фактор х1 — количество прибывающих поездов в сутки. Факторы х2 и х3 меняют свою значимость при различном количестве одновременно работающих бригад ПТО. При 3 одновременно работающих бригадах ПТО значимость фактора х3, количество приемо-отправочных путей, превосходит значимость фактора х2, соотношение категорий грузовых поездов.
Выбор наилучшего варианта, обеспечивающего получение минимальной суммой приведенных строительных и эксплуатационных расходов и позволяющего учесть целочисленный характер большинства переменных, нелинейность целевой функции и имеющиеся ограничения оптимально осуществлять с использованием динамического программирования.
Для определения наилучшего варианта развития рассмотренной промышленной станции приняты следующие варианты изменений:
1 — Станция работает без изменений.
2 — Ввод дополнительной бригады ПТО.
3 — Строительство одного приемо-отправочного пути и ввод дополнительной бригады ПТО.
4 — Строительство двух приемо-отправочных путей и ввод дополнительной бригады ПТО.
5 — Строительство трех приемо-отправочных путей и ввод дополнительной бригады ПТО.
В общем виде определение оптимальной схемы этапного развития станции допустимо представить при помощи критерия максимума чистого дисконтированнного дохода [2].
' (Я — З)
ЧДД = £-
(13)
Значения кодированных факторов при одновременной работе 3 бригад ПТО в парке приема промышленной станции при доле поездов, поступающих в расформирование, равной 30 %:
0 (1 + г)
Здесь — прибыль от проведения реконструктивных мероприятий, получаемая на ¡-м шаге расчета (в качестве прибыли рассматривается экономия эксплуатационных расходов от сокращения задержек грузовых поездов под обгонами и снижение энергетических расходов по разгону и замедлению поездов); З( — сумма эксплуатационных расходов и капитальных затрат на ¡-м шаге расчета; г — ставка дисконта; ^ — расчетный временной период.
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
В данной статье принята величина процентной (дисконтной) ставки, равной 12 % и произведены соответствующие расчеты.
Совокупность единовременных затрат, направленных на реконструкцию станции, представляет собой инвестиции в постоянные устройства.
Размер инвестиций на реконструкцию зависит от капитальных затрат на отдельные работы, связанные с переустройством станции. С учетом предложенных мероприятий капитальные расходы будут определяться по формуле:
£
ту-стр.пути _ тгстр.пер . ту-пути .
К Кукл ' Кукл '
+Ксв + Кдем + Ккаб + Ккс + Кзем •
(14)
Здесь Кстрпер
^ укл
стоимость укладки дополнительных или переноса имеющихся стрелочных перево-
г ТГ пути
дов, тыс. руб.; К ^ - стоимость укладки дополнительных путей, тыс. руб.; Ксиг - затраты на установку дополнительных сигналов на станции, тыс. руб.; Ккаб - затраты на укладку кабеля, тыс. руб.; Ккс - стоимость работ, связанных с устройством контактной сети, тыс. руб.; Кдем - стоимость демонтажа путей, тыс. руб.; Кзем - затраты на земляные работы, тыс. руб.
В общем виде годовые эксплуатационные расходы при изменении работы станции рассчитываются по формуле
£Э = Эпу + Эзадер. + ЭФОТ + Эдоплок . (15) Здесь Эпу - эксплуатационные расходы на содержание и эксплуатацию постоянных устройств; Эза_ держ - расходы, связанные с задержкой и простоем поездов и вагонов; ЭФОТ - эксплуатационные расходы на фонд оплаты труда дополнительной бригады ПТО; Эдтлок - эксплуатационные расходы на содержание дополнительного горочного локомотива.
В проектных организациях при составлении сметной стоимости реконструкции станций годовые эксплуатационные расходы на содержание постоянных устройств принимаются в размере 10 % от капитальных вложений.
Для определения оптимальной схемы этапного развития станции в течение расчетного периода строится график возможных переходов от одного варианта технического состояния станции к другому с использованием принципа оптимальности Беллмана. Сущность этого принципа сводится к тому, что каким бы путем система не пришла в данное состояние, дальнейшее ее движение должно быть оптимальным [3].
В данной работе расчетным периодом приняты 10 лет, а отдельным шагом - один год. Темп роста объемов поступающих грузовых поездов принят в размере 13 % от исходного значения и сохраняется в течение всего периода.
На рис. 1 представлен график возможных переходов технического состояния. На графике на горизонтальных и наклонных линиях проставляют в соответствующие годы расчетного периода суммы приведенных затрат, рассчитанные по формуле (13).
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что если в течение расчетного периода на станции не будут осуществлены мероприятия по изменению технического состояния, то эксплуатационные расходы составят 142,83 млн руб. После определения оптимальной схемы этапного развития станции была получена минимальная сумма приведенных затрат в размере 127,64 млн руб. Таким образом, экономический эффект от предложенных изменений составит 15,188 млн руб.
На основе анализа загрузки бригад ПТО при обработке грузовых поездов установлено, что положительный экономический эффект от ввода дополнительной бригады ПТО в приемо-отправочном парке может быть достигнут при загрузке существующих бригад ПТО более чем на 76 %. При условии, что общее количество обрабатываемых грузовых поездов в сутки превышает 25, экономия может составить более 0,5 млн руб. в год.
Выявлено, что загрузка спускной части горки и горочного локомотива более чем на 68 % приводит к существенным задержкам переработки грузовых поездов. Для ликвидации задержек поездов на подходах необходимо предусматривать увеличение перерабатывающей способности горки с соответствующим усилением путевого развития сортировочного парка; добавление же путей только в парке приема при неизменном техническом оснащении горки хотя и сокращает задержки на подходах, однако примерно на столько же увеличивает простои вагонов в ожидании расформирования.
Анализ проведенных расчетов позволил установить, что уменьшение или увеличение процентной (дисконтной) ставки на 2 % сдвигает сроки ввода нового технического состояния на 1-2 года. Данное условие приводит к изменению ожидаемого экономического эффекта в конце расчетного периода более чем на 25 %.
Системный анализ. Моделирование. Транспорт. Энергетика. Строительство
ш
к 3
5 I
К
О
6
о
О 2
5 Года
Рис. 1. График переходов технических состояний
Разработанная схема этапного развития станции позволила установить, что при загрузке бригад ПТО более 70 % непроизводительные простои грузовых поездов по причине занятости бригад ПТО вызывают от 26 % до 38 % общей загрузки приемо-отправочных путей. При этом фактическое занятие приемо-отправочных путей грузовыми поездами, обрабатываемыми бригадами ПТО, составит около 52 %. Данное условие необходимо учитывать при определении потребного числа приемо-отправочных путей.
Отступление от вышеприведенных рекомендаций может быть обусловлено значительными затратами на реконструкцию по местным условиям (здания, искусственные сооружения и т. д.).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Котельников С.С. Имитационное моделирование работы станций // Современные проблемы транспортного комплекса России: межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск : Изд-во Магнитогорск. сос. техн. унт -та им. Г.И. Носова, 2011. - С. 82-86.
2. Косов, В.В. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов / В.В. Косов, В.Н. Лившиц, А.Г. Шахназаров. - М. : Экономика, 2000. - 421 с.
3. Беллман Р. Динамическое программирование / пер. с англ. И.М. Андреевой, А.А. Корбута, А.В. Романовского, под ред. Н.Н. Воробьева. -М. : Издательство иностранной литературы, 1960. - 401 с.
5
4
1
