CC BY
40
Наведено загальну структуру функциональной iMimau,mHoï моделi сортувально1 станцй, а також результати дослиджен-ня процесу составоутворення, виконаного з ïï використанням побудованоï моделi та методiв планування експерименту
Ключовi слова: сортувальна станщя, ïmï-тацшна модель, составоутворення, фак-
торний експеримент
□-□
Приведена общая структура функциональной имитационной модели сортировочной станции, а также результаты исследования процесса составообразования, выполненного с использованием построенной модели методов планирования эксперимента
Ключевые слова: сортировочная станция, имитационная модель, составообразо-
вание, факторный эксперимент
□-□
The general structure of functional simulation model of railway station is described, and also the results of research of make up process of trains, executed with its use, are described
Key words: sorting railway station, simulation model, make up process of trains, factorial experiment
УДК 656.212.5
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПРОЦЕС1В СОСТАВОУТВОРЕННЯ НА СОРТУВАЛЬНИХ СТАНЦ1ЯХ МЕТОДАМИ 1М1ТАЦ1ЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ
Р.В. Вернигора
Заступник декана факультету, доцент* Контактний тел.: (056) 373-15-12, 068-409-62-14
О. В. Пугач
Асистент
*Кафедра «Станцй i вузли» Днтропетровський нацюнальний уыверситет залiзничного транспорту iменi академика В. Лазаряна вул. Лазаряна, 2, м. Днтропетровськ, УкраТна, 49010 Контактний тел.: (056) 373-15-20, 099-288-06-58
1. Вступ
Процес составоутворення на сортувальних станщях е невщ'емним та одним з найб^ьш визначальних елеменпв в оргашзацп вагонопотоюв на залiзницях. Ефектившсть цього процесу безпосередньо впливае як на яюсть роботи вщповщно! сортувально! станцп, так i на показники експлуатацiйноi роботи залiзничного напрямку в щлому. В свою чергу, процеси розформу-вання та формування поiздiв на сортувальних станцiях залежать ввд багатьох факторiв та вимагають значних ресурсовитрат, якi часто розпод^яються та використо-вуються на станщях досить нерацiонально. Причинами тако! ситуацп е, з одного боку, недосконалкть та зно-шенiсть технiчних засобiв, що задiянi у процесах роз-формування-формування, а з iншого - неращональна технологiя використання на станщях.
Враховуючи важливу роль составоутворення на со-ртувальних станщях в системi оргашзацп вагонопото-кiв, проблема дослвдження цього процесу та пошуку на-прямкiв його вдосконалення завжди знаходилась в полi зору залiзничноi науки. Особливо! актуальносп проблема дослвдження процесу составоутворення та пошуку напрямюв його вдосконалення набула в сучасних умовах, що характеризуються суттевим зменшенням обсяпв перевезень, змiною структури вагонопотоюв, значною зношенiстю технiчних засобiв та потужним рiвнем конкуренцп з боку шших видiв транспорту.
2. Проблеми удосконалення процесу составоутворення на сортувальних станщях та шляхи !х вирiшення
Однieю з перших вичизняних публiкацiй щодо удосконалення технологи формування поïздiв на сортувальних станщях була «36ipra прикладiв з маневровоï роботи» [1]. У виданш, що було розраховане на скла-дачiв поïздiв, чергових по станцп, маневрових диспет-черiв та начальниюв станцiй, розглядались приклади виконання маневровоï роботи на основi новiтнiх на той час методiв формування поïздiв. Основним та единим критерieм якоси виконання розформування-форму-вання составiв в данш роботi прийнято тривалiсть процесу; при цьому економiчна складова при виборi того чи iншого методу до уваги не приймалась.
В роботах Бел1ЗТу [2] розглянуто питання ращо-нальноï органiзацiï роботи з кутовими потоками при формуванш мкцевих поïздiв, що мають значний вплив на технолопю та переробну спроможшсть двосторон-нiх сортувальних станцiй. Зазначено, що '¿х вторинна переробка суттево збшьшуе обсяг сортувальноï роботи на прках. Розкрито сутнiсть, перевагу та економiч-ну ефективнiсть об'еднаного та окремого формування мшцевих поïздiв.
У роботi [3] зазначено, що заходи з штенсифжацп станцiйних процеав слiд спрямовувати перш за все на тдвищення продуктивностi працi, зниження витрат та зменшення часу знаходження вагошв на станцiях.
Також вщзначено, що разом з щлеспрямованим впли-вом на роботу прки та процес накопичення вагонiв необхщно у взаемозв'язку з цими процесами досягати прискорення закшчення формування та перестановки составiв з сортувального парку в парк приймання i скорочення часу на пiдготовку 1х до вiдправлення. Вдосконалюватися повиннi i схеми станцiй; при цьому реконструктивш роботи слiд спрямовувати на розроб-ку таких схем, якi вщповвдали б структурi вагонопото-ку, що переробляеться, i темпу його переробки.
Збiрка наукових праць [4] присвячена питанням виршення оптимiзацiйних задач в АСУ технолопчни-ми процесами сортувальних станцш щодо рацюналь-ного планування маневрiв на гiрцi та у район формування поiздiв. Як ввдзначаеться в роботi, завдяки автоматизацп вирiшення задач виникають умови для оперативного складання оптимального за витратами часу плану роботи окремих маневрових райошв та со-ртувальноi прки.
У дослiдженнi [5] наведено технолопчну модель со-ставоутворення мiсцевих поiздiв. У цiй роботi даються рекомендацп щодо пiдвищення якiсних показникiв роботи з переробки вагошв шляхом змш у технологii роботи станцii. В той же час, питання удосконалення техшчного оснащення станцiй та його вплив на ефек-тивнiсть процеив розформування-формування по'з-дiв авторами не розглядаеться.
Як показуе аналiз наукових дослвджень з питань удосконалення роботи сортувальних станцш, основна увага у бшьшост випадюв придiляеться оптимiзацii параметрiв сортувальних гiрок та технологii розфор-мування составiв. В той же час, дослвдженню процесiв накопичення та формування составiв, а також пошуку напрямкiв 1х рацiональноi органiзацii з метою зменшен-ня експлуатацiйних витрат присвячено значно менше робiт. При цьому практично ввдсутш дослiдження, що розглядали б проблему удосконалення процесу соста-воутворення комплексно, включаючи процеси i розфор-мування, i накопичення, i формування поiздiв. Комплексне вирiшення цiеi про-блеми передбачае системний тдхвд та всебiчний аналiз процесiв розформуван-ня-формування поiздiв з урахуванням вах впливаючих факторiв та можливих експлуатацшних умов.
розглядалась як стохастична багатофазна багатока-нальна система масового обслуговування (СМО), що складаеться з комплексу технолопчних тдсистем, кож-на з яких також моделюеться як СМО i представляе собою окремий ушверсальний iмiтацiйний модуль. Таким чином, в загальнш структурi моделi сортувальноi станцii були видiленi наступнi модуле
- модель системи керування роботою станцii (МСК);
- модель сусiднiх станцп (МСС);
- модель парку прибуття (МПП);
- модель сортувального парку (МСП);
- модель парку ввдправлення (МПВ).
Всi вказанi моделi побудоваш та реалiзованi на ЕОМ з використанням об'ектно-орiентованого тдхо-ду. Також до складу функцiональноi моделi станцп входить генератор вхвдного потоку заявок (ГВП). За-гальна структура ФМС та схема взаемодп ii окремих елеменпв наведена на рис. 1.
Генератор вхгдного потоку заявок (ГВП) призна-чений для моделювання потоку поiздiв, що надходять на сортувальну станщю для обслуговування, в тому числк моменпв надходження поiздiв на сусщш станцii та параметрiв кожного поiзда (номеру, категорii, юль-кост вагонiв, параметрiв вагонiв тощо).
Вхгдний потгк об'ектгв представляе собою сукуп-шсть поiздiв рiзних категорiй, що прибувають на сортувальну станщю. Параметри кожного об'екта О; визначаються структурою:
Ог{Кп, Тпр, В, Р, т, V},
де Кп - категорiя поiзда; Тпр - момент прибуття по-iзда на станцiю; В - вектор параметрiв процесу обслуговування поiзда на станцii (поточна операщя, моменти 11 початку i закшчення, виконавець операцп та iн.); Р - загальний простш состава на станцп; т - кiлькiсть вагошв у складi поiзда; V - вектор вагошв у складi по!зда.
Генератор вхщного потоку (ГВП)
ззяеин
заявки Модель сус1дшх станцш (МСС) заявки
3. Iмiтацiйна модель сортувально! станцп
Модель парку прибуття (МПП)
Процес составоутворення на сорту- £ ж
8 I
вальних станщях е досить складним, | | тому для його дослiдження та аналь зу ефективно використовувати методи функцiонального iмiтацiйного моделювання. З щею метою був розроблений програмно^миацшний комплекс, що дозволяе моделювати роботу будь-яко! сортувальноi станцп в рiзних експлуа-тацiйних умовах.
Основу вказаного програмно^мь тацiйного комплексу складае функ-цiональна модель сортувальноi станцii (ФМС). При розробцi функцiональноi моделi сортувальна станцiя
Модель сортувального парку (МСП)
Модель парку вщправлення (МПВ)
Модель системи керування (МСК)
I I И а I
Обчислення результатов (формування протоколу результат1в моделювання)
Рис. 1. Загальна структура функцюнальноТ модел\ станцп
Кожен елемент вектора V визначаеться наступни-ми параметрами:
Vj={RB, Nn , LyM, Qt ,Qh},
Ei={w, D, Кс, Тз, Тр },
де RB - тип вагона; Nn - призначення вагона згвдно з Планом формування поiздiв; LyM - умовна довжина вагона; Qt - тара вагона; Qh - маса вантажу. Bei вказаш параметри моделюються ГВП як випадковi величини з певними законами розподшу.
Модель сусгднгх станций (МСС) призначена для мо-делювання процесу надходження заявок (nоiздiв та ва-гонiв) у систему, iмiтацii очжування nоiздами ввдправ-лення на сортувальну станщю та ix вiдnравлення. МСС представляеться вектором Q={Oi, O2, ... , On}, кожен елемент якого ввдповвдае певному об'екту (nоiздy), що знаходиться на сyсiднiй станцп. Юлькгсть елементiв у векторi Q, вщповвдае кiлькостi колiй на сyсiднiй станцп.
Модель парку прибуття призначена для моделю-вання процесу обслуговування поiздiв, що надходять у розформування.
Модель сортувального парку е основним елементом розробленоi iмiтацiйноi моделi станцп та призначена для моделювання процесу розформування, накопичення та формування составiв.
Модель парку в1д-правлення призначена для моделювання процесу обслуговування транзитних поiздiв та поiздiв свого формування по шдготовщ '¿х до ввдправлення.
Модель системи ке-рування призначена для оргашзацп процесу обслуговування поiздiв на станцп (вибiр черго-востi обслуговування, вибiр колii прийому або перестановки состава, вибiр виконавця теxнологiчноi оnерацii тощо).
До системи обслуговування станцii вщносяться ii колiйний розвиток, що об'еднаний у парки (прибуття, сортувальний та приймально-вщправний), та вико-навцi технолопчних оnерацiй (бригади ПТО, бригади ПКО, маневровi та nоiзнi локомотиви тощо).
Кожний парк станцп в ФМС представлений вектором P={pi, p2, ... , pk}, окремий елемент якого поставле-ний у ввдповщшсть nевнiй колп парку i визначаеться структурою:
де w - спецiалiзацiя виконавця, D - вектор пара-метрiв виконавця (тип локомотива, юльюсть груп в бригадi ПТО тощо), Кс - юльюсть обслужених вико-навцем составiв; Тз - момент закшчення обслуговування попереднього состава; Тр - сумарний час роботи виконавця протягом перюду моделювання.
Синхрошзащя всix модyлiв ФМС у програмно-iмiтацiйномy комnлексi здiйснюеться за системним часом, що змшюеться з певним кроком.
Розроблений програмно^миацшний комплекс дозволяе спрогнозувати значення в«х необxiдниx експлуатацшних nоказникiв роботи сортyвальноi станцп та ii окремих тдсистем. В процеа моделювання передбачено запис протоколу роботи станцп, за даними якого можливо в автоматизованому режимi побудувати графж виконаного руху для детального аналiзy роботи станцп та виявлення „вузьких" мiсць. Фрагмент графiка представлений на рис. 2.
Прийом по1зда з сусщньо! станци 01^ Ч ,200: Ю5 \ —г 1 N ,600 07 \ 260 \ б^т, N 605 2 \ \20 \ 11 26 07 S 2013 \ s N 201 5 ,,20 26 \ N
Вх1дна горловина станци 1 А t А А 1 А А i А i i А А А А А
w ii & Бригада ПТО №1 200 21 05 2 09 2 13 017
1 | 1 1 1
Бригада ПТО №2 2 03 2 07 20 1 201:
1 1 1 1 1
Приймальна №1 1 200 i 20 1
Itl И t Ш
Приймальна №2 2 03 201:
А Itl II i lt I
Приймальна №3 21 05 "IT T
i h
Приймальна №4 i 2 07 017
1 tl ■ 1 А 1
Приймальна №5 2 09 2 13
А |t 4 11 Ii
Г1рка f п T1 T Г П in г П [T п
Г1рочний локомотив 1
Itl Hl llf Ulli 1 tu lt II 1 ti Ii lt II 1
pi={N
кол, Nпар,
де NкOл - номер колп в парку; N^p - номер парка; Nnз
- номер поiзда на колii; - поточний стан колп (1
- колiя зайнята, 0 - колiя вiльна); Топ - момент закшчення попеpедньоi оnеpацii на колп; Тзайн - сумарний час зайняття колп; Lmax - корисна довжина колп (в умовних вагонах); Ц,м - сумарна умовна довжина ваго-шв, що знаходяться на колп в даний момент. Для колш сортувального парку вводиться додатковий параметр LmKH - сумарна довжина мiжвагонниx «вжон» на колп.
Виконавщ теxнологiчниx оnеpацiй (локомотиви, бригади ПТО, ПКО та iH.) в моделi станцп визначають-ся наступними параметрами:
Рис. 2. Фрагмент графка виконаного руху, побудованого за результатами моделювання
З метою визначення придатност розроблено! iмi-тацiйноi моделi до виконання практичних дослщжень була виконана и iдентифiкацiя та оцiнка адекватностi. Для щентифжацп моделi виконано комплексне до-слiдження на однiй з великих сортувальних станцш Украши, за результатами якого визначеш закони роз-подшу випадкових величин тривалостi виконання технолопчних операцш, а також статистичнi характеристики вхвдного потоку поiздiв та вагошв. Порiвнян-ня показникiв роботи сортувально! станцii, отрима-них на реальному об'екп та у результат моделювання на основi параметричного критерж Уiлкоксона дозволило зробити висновок про адекватшсть розроблено! моделi реальнш станцii та можливiсть и використання для виршення прикладних задач.
jmaa ^ум
4. Дослiдження процесу составоутворення з використанням iмiтацшно¡ моделi сортувально! станци
Розроблена iмiтацiйна модель була використана для визначення впливу ряду техшко-технолопчних nаpаметpiв соpтyвальноi станцп на ефектившсть процесу составоутворення. З щею метою за допомогою моделi була виконана сеpiя факторних експерименпв. В якостi фyнкцiй вщгуку при виконаннi дослiджень
обрано просто! вагошв рiзних категорiй на станцп та в 11 окремих парках: Yl - простiй транзитного вагона з переробкою в парку прибуття (ПП); Y2 - простш транзитного вагона з переробкою шд накопиченням; Y3 - простiй транзитного вагона з переробкою в парку вщправлення (ПВ); Y4 - простш транзитного вагона з переробкою в щлому на станцп; Y5 - простш транзитного вагона з переробкою по станцп.
На основi експертних оцшок, отриманих за результатами опитування фахiвцiв господарства перевезень, визначено основш фактори, як найбшьш суттево впли-вають на процес составоутворення на станщях (табл. 1).
Таблиця 1
Характеристика факторiв
Код Найменування фактора Оди-нищ ви-м1ру д Р1вш фактор1в
нижн. я о о верхн.
Х1 Тривашсть очжування по!зних локомотив1в сформованими составами хв. 100 0 100 200
Х2 Юлькють маневрових локомотив1в в район! формування лок-в1в - 1 - 2
Х3 Юлькють прочних локомотив1в лок-в1в - 1 - 2
Х4 Юлькють бригад ПТО у ПВ бригад - 1 - 2
Х5 Юлькють груп у бригадах ПТО у ПВ груп 1 2 3 4
Х6 Юльюсть бригад ПТО у ПП бригад - 1 - 2
Х7 Юлькють груп у бригадах ПТО у ПП груп. 1 2 3 4
Х8 Точшсть прищльного гальмування о/ % 25 50 75 100
Х9 Частота виконання осаджування тсля розпуску состава гал-сть розп. 1 3 2 1
Х10 Довжина состава при повторному сортуванш з вщавно1 коли % вщ дов-жини 25 50 75 100
На основi обробки результатiв факторних експе-риментiв, були отриманi аналiтичнi модел^ що дозво-ляють визначити вплив кожного фактору на той чи шший показник роботи станцп (табл. 2). При цьому для отримання моделей 3 та 5 використаний повний факторний експеримент. Моделi 1, 2 i 4 були отримаш при проведенш дробового факторного експерименту з використанням реплж рiзноi дробовость
Аналiз першо'1 моделi показуе, що на тривалшть простою транзитного вагону з переробкою в парку прибуття станцп ^1) найбiльший вплив мае точнiсть прицiльного гальмування вiдчепiв при розпуску составу з прки (фактор Х8). Це пояснюеться тим, що при недостатнш точностi прицiльного гальмування вщчешв значно зростае обсяг маневрово'1 роботи по осаджуванню вагонiв на колiях сортувального парку, що призводить до затримок в розформуванш составiв I вiдповiдно, до збiльшення тривалостi 1х знаходження в парку прибуття.
Модель Y2 виявила суттеву залежшсть простою вагонiв пiд накопиченням (вщ числа маневрових локо-мотивiв в хвосп сортувального парку (фактор Х2).
Таблиця 2
Результати дослiдження
№ експ. Математична модель
1 у1 = 0,71 - 0,009х3 - 0,005х6 --0,02х7 - 0,056х8 + 0,011х10
2 у2 = 5,295 + 0,034х1 - 0,198х2 + +0,107х3 - 0,02х8 - 0,004х9 - 0,169х10
3 у3 = 2,152 + 1,019х1 + 0,1х2 - 0,049х4 - 0,098х5
4 у4 = 8,072 +1,256х1 - 0,226х2 - 0,102х4 --0,181х5 + 0,149х8 + 0,12х9 + 0,027х10
5 у5 = 1,875 + 0,671х1 - 0, 035х2 - 0,073х4 - 0,119х5
Моделi Y3, Y4 та Y5 показали, що тривалшть про-сто1в транзитного вагону з переробкою i без перероб-ки в парку вщправлення та по станцii в щлому штотно залежать вiд забезпеченостi готових до вщправлення составiв по1зними локомотивами (фактор Х1).
5. Висновки
Аналiз результатiв виконаних дослiджень показуе, що найбшьш доцiльним шляхом пiдвищення ефектив-ностi процесу составоутворення на сортувальних станщях е розробка методiв оптимiзацii розподiлу парку по1зних локомотивiв для зниження непродуктивного простою готових до ввдправлення составiв у парку ввд-правлення; iншим ефективним напрямком е тдвищен-ня точностi гальмування вщчетв при розформуваннi составiв, в тому чи^ i за рахунок впровадження сучас-них автоматизованих систем управлшня розпуском.
Таким чином, розроблена iмiтацiйна модель сорту-вально'1 станцп i побудований на 11 основi програмно-iмiтацiйний комплекс дозволяють виконати комплексш практичнi дослiдження роботи сортувальних станцш. Отриманi результати можуть бути використаш при розробцi та виборi найбiльш рацiональних оргашза-цiйно-технiчних заходiв, спрямованих на пiдвищення ефективностi процеав составоутворення на сортувальних станщях.
Лиература
1. Бернгард, К.А. Сборник примеров по маневровой работе /
К.А. Бернгард. - М.: Трансжелдориздат, 1941. - 140 с.
2. Оптимизация технологических процессов на сортировоч-
ных станциях и участках: сб. науч. статей / под ред. П.С.
Грунтова. - Гомель: БелИИЖТ, 1976. - 71 с.
3. Механизация и автоматизация формирования поездов /
под ред. Ю.А. Мухи. - К.: Техника, 1987. - 136 с.
4. Решение оптимизационных задач в АСУ технологическими
процессами сортировочной станции: сб. науч. тр. ВНИИЖ-
Та / под ред. Л.Г.Аверьянова. - М.: Транспорт. 1990.- 107 с.
5. Кривошей, Б.А. Технологическая модель составообразова-
ния местных поездов / Б.А. Кривошей, Е.А. Лавриненко
// Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2002. - № 1. - С. 62-64.
