CC BY
32
т
К ВОПРОСУ О ПОСТРОЕНИИ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПЕРЕВОЗОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ
ANYLOGIC
DOI: 10.36724/2072-8735-2022-16-3-31-35
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-010-00724; РФФИ и Правительства Иркутской области в рамках научного проекта № 20-47-383002.
Manuscript received 07 February 2022; Accepted 04 March 2022
Ключевые слова: имитационное моделирование, железнодорожный участок, раздельные пункты, пакеты прикладных программ, пропускная способность
В качестве предмета исследования выбран протяжённый участок железнодорожной линии. Рассматриваемый участок представляет собой совокупность раздельных пунктов различного назначения: промежуточная, грузовая, участковая и сортировочная станции. Данная структура представляет собой систему взаимодействующих между собой элементов. Целью проведения исследований является созданию способа по выявлению факторов, влияющих на пропускную способность железнодорожного участка, и формирование комплекса рекомендаций по минимизации влияния этих факторов на осуществление перевозочных процессов. Основным инструментом проведения исследований является имитационное моделирование, позволяющее представить рассматриваемый участок в виде системы, состоящей из нескольких элементов. Каждый элемент обладает собственным набором свойств, непосредственно влияющих на систему в целом. К основным результатам исследований можно отнести построение имитационной модели транспортных процессов на рассматриваемом участке железнодорожной линии. На основе сформированной модели рассматриваются возможности оценки изменений транспортного потока, проходящего через данный участок с учётом всех ключевых элементов перевозочного процесса. К ним можно отнести вид поезда, количество вагонов в составе, скорости движения, времена хода и др. Полученные результаты могут быть применены при проведении комплексной оценки функционирования существующих железнодорожных линий. Также на основании полученных данных возможно создание базы данных, информационное наполнение которой будет представлять собой массив данных, учитывающий неравномерности, отказы технических устройств, возникновение нештатных ситуаций. На основании проведённых исследований предлагается способ оценки пропускной способности протяжённого участка железнодорожной линии при использовании специализированного пакета прикладных программ Anylogic.
Информация об авторах:
Супруновский Антон Викторович, старший преподаватель "Управление эксплуатационной работой", Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения", г. Иркутск, Россия Большаков Роман Сергеевич, доцент кафедры "Управление эксплуатационной работой", к.т.н., Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения", г. Иркутск, Россия
Супруновский Антон Викторович,
Иркутский государственный университет путей сообщения", г. Иркутск, Россия, as.irgups@gmail.com
Большаков Роман Сергеевич,
Иркутский государственный университет путей сообщения", г. Иркутск, Россия, Bolshakov_rs@mail.ru
Для цитирования:
Супруновский А.В., Большаков Р.С. К вопросу о построении имитационных моделей перевозочных процессов в программной среде Anylogic // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2022. Том 16. №3. С. 31-35.
For citation:
Suprunovkij A.V., Bolshakov R.S. (2022) On the issue of building simulation models transportation processes in the Anylogic software environment. T-Comm, vol. 16, no. 3, pр. 31-35. (in Russian)
7TT
У
Введение
Функционирование железнодорожного транспорта сопряжено с интенсивной эксплуатацией технических средств, участвующих в осуществлении перевозочного процесса. Такой режим работы связан с возникновением различного рода отказов, неисправностей и нештатных ситуаций, в том числе связанных с задержкой поездов и несвоевременной доставкой грузов [1-3]. На решение всех возникающих проблем направлена работа всех составных частей холдинга ОАО «РЖД» [4-6].
Организация перевозочного процесса железнодорожного транспорта характеризуется совокупностью большого числа технических объектов, взаимно влияющих друг на друга. Их эффективное функционирование связано с необходимостью учёта множества факторов, в том числе обрабатываемых вагонопотоков и наличия тягового подвижного состава, что напрямую влияет на провозную способность железнодорожных линий [7, 8].
Ключевыми параметрами провозной способности железнодорожных линий являются пропускная способность участка и перерабатывающая способность станций. На участках важными факторами являются количество путей, скорость прохождения, оснащение устройствами СЦБ. На станциях количество путей, время обработки составов поездов, грузовая работа, наличие локомотивов и локомотивных бригад. Совокупность этих факторов непосредственно влияет на пропускную способность участка сети железных дорог [9, 10].
Для выработки оптимальных решений по использованию ресурсов пропускной способности раздельных пунктов и железнодорожных линий необходимо создание подходов по формированию адекватных имитационных моделей работы выбранного участка железнодорожной линии [11, 12].
В предлагаемой статье рассматривается применение имитационной модели железнодорожного участка, разработанной с использованием программного продукта Апу^ю.
I. Общие положения
В рассматриваемый железнодорожный участок сети, модель перевозочного процесса которого формируется, состоит из четырех железнодорожных станции различных классов (участковая, промежуточная, сортировочная, грузовая), выполняющих различные комплексы операций. Перегоны между станциями являются двухпутными, оснащенными автоматической блокировкой. Также на участке предполагается наличие дополнительной ветки, необходимой для увеличения пропускной способности (рис. 1).
Рис. 1. Схема рассматриваемого участка
С точки зрения организации перевозочного процесса базовыми параметрами работы станций модели является зарождение поездопотоков и пропуск поездов в соответствии с планом формирования. Исследование состояния модели для различных вариантов организации перевозок позволяет оце-
нить факторы, при которых происходит возникновение проблемных мест. При использовании данных об эксплуатационных и технических состояниях частей модели, могут быть разработаны рекомендации по устранению выявленных проблем.
Разрабатываемая имитационная модель железнодорожного участка позволит рассмотреть сложную структуру, содержащую параметры, переменные и функциональные зависимости, на основе которых описываются процессы, составляющие технологию работы объектов.
Станции как часть исследуемой модели являются сложными инфраструктурными объектами. Поэтому при создании моделей станций (как составной части модели участка) не всегда возможно полностью формализовать все технологические процессы, вследствии чего часть процессов принимаются на основе усредненных параметров, что в данном случае не оказывает влияния адекватность модели из-за больших объёмов данных.
Имитационная модель железнодорожного участка предназначена для выполнения следующих задач: отражение структурных зависимостей, отображение технологических процессов, возможность поведения экспериментов с различными входными параметрами.
Моделирование структурных зависимостей предполагает детальное отражение свойств составных частей участка сети и функциональные характеристики. В рассматриваемом случае это подробное описание свойств перегонов как частей участка железнодорожной сети. А также необходимо отметить детальное отображение элементов станций: количество путей, стрелочные горловины, наличие путей необщего пользования.
Технологические процессы представляют собой последовательность операций, выполняемых с поездами или вагонами на станциях. Время занятия различных устройств, этапы обработки, такие операции при имитационном моделировании доложены иметь возможность настройки для изменения входных параметров.
Для выполнения эксперимента модель имеет возможность запуска на длительный промежуток времени. С целью получения устойчивых результатов, при различных настройках входных параметров. Модель должна выдавать полную подробную характеристику объекта, включающую пропускную и перерабатывающая способность, а также другие системные параметры, влияющие на перевозочный процесс. Результатом работы имитационной модели является выработка рекомендаций по увеличению перевозочного процесса на моделируемом участке.
Цель исследования является разработка комплекса рекомендаций по выявлению и устранению узких мест при организации движения поездопотоков по железнодорожному участку.
II. Этапы формирования имитационной модели
Формирование имитационной модели делится на несколько этапов.
На первом этапе проводится адаптация железнодорожных технологических процессов участка в целом и его составных частей. Цель - представить операции, выполняемые с подвижным составом в терминах выбранного языка моделирования.
Т-Сотт Том 16. #3-2022
У
На втором этапе выполняется оценка составных частей моделируемого объекта. Особое значение придается более детальному рассмотрению элементов, которые дают наибольшие временные и операционные задержки.
На третьем этапе происходит первый отладочный запуск модели в работу, по результатам которого проводятся мероприятия по устранения структурных несоответствий моделируемого объекта. После завершения отладки требуется цикл экспериментов для получения адекватных показателей работы модели.
На заключительном этапе моделирования проводится проверка параметров объекта в различных условиях работы: критическое отклонение от нормальных показателей пропускной способности, увеличение вагонопотоков, изменение технических условий работы устройств, время на восстановление системы при нештатных режимах работы.
III. Особенности имитационного моделирования
Предлагаемая имитационная модель должна обладать следующими свойствами:
1. Имитационная модель должна содержать список различных операций и параметров, выполняемых на участке в целом, и на его отдельных частях (станциях).
2. Исходные данные определяются при создании модели (поездопотоки, пропускная способность), при этом присутствует возможность их изменения для получения результатов моделирования, с целью сравнительного анализа.
3. Динамические параметры определяются в процессе работы модели, на их основе производится дополнительная настройка системы с целью получения различных состояний работы модели.
4. Имитационная модель должна давать возможность просмотра текущего состояния и результатов работы каждого элемента.
5. Результаты моделирования должны быть максимально информативны и доступны для сравнительного анализа с уже накопленными данными о работе участков.
После определения функций и свойств, которые должна выполнять система, необходимо на основании работ предшественников перейти к выбору программного продукта для реализации имитационного моделирования.
В результате анализа научных работах отечественных авторов предложен подход к подобному типу моделирования
[9, 10]. В качестве среды моделирования выбран программный продукт Апу^ю [11].
IV. Построение имитационной модели
Модель представляет собой линейно организованную структуру из элементов системы Апу^ю. Исходя из технического описания железнодорожного участка, были определены ключевые объекты (перегоны, станции) для них были запрограммированы функции, отражающие реальные технические процессы.
Объект перегон: количество путей, деление на блок участки, логическая зависимость работы блок участков, время прохождения блок участка, направления.
Объект станция: количество путей, предназначение путей, занятость путей и горловин станции, операции, проводимые с поездами, временные нормы операций, логическое взаимодействие выполняемых операций.
В процессе моделирования было выявлена необходимость, представления отдельных парков как самостоятельных агентов с целью более корректного отображения технологии работы станции (рис. 2). Для станции характерны следующие параметры: четный и не четный парк; X - количество приемо-отправочных путей, У - количество бригад осмотрщиков, Т - время обработки состава (зависит от типа). С целью проведения эксперимента на основе статистических данных работы участковых станций, принимаются средние значения для первоначальных настроек модели. К ним относятся транзитные поезда со сменой локомотива - х\, транзитные поезда без смены локомотива - г2; транзитные поезда с изменением веса и длинны - 23; поезда с переработкой - р; поезда своего формирования - /; время между поездами - Р. период времени эксперимента - /.
Элементы схемы отображают действия, выполняемые с составами на станции: прибытие поезда (движение и занятость горловины), проследование на пути (номер пути, проверка на занятость), проведение операция с составом (данные параметры могут быть гибко настроены в зависимости от типа поезда и операций), отправление поезда (проверка свободности перегона).
Выбранный набор параметров наиболее точно отражает особенности технологических процессов, как выбранных структурных элементов (станций), так и всего рассматриваемого железнодорожного участка, в целом.
1гат У сг^То? ае!=уЗ.
ггЕ г5ои[£€1 г га пМстеТоФ с-ё.а1
СяМ меТо43йалМ<АеТо|14 ЭНПСЁ
2535 чиз
иа&М сгеТй® М о№То4б
«апСоцз е11
Рис. 2. Схема модели станции участка
Y
Заключение
Выбранное в качестве основного инструмента для исследования имитационное моделирование позволяет с достаточной степенью детализации учета учесть основные особенности работы протяжённого железнодорожного участка, состоящего из раздельных пунктов различного технологического назначения.
Сформированная имитационная модель содержит достаточно объёмный набор входных параметров, необходимых для адекватного отображения особенностей работы как рассматриваемого участка, так и его составных частей.
Таким образом, возможности применяемого для формирования имитационной модели пакета прикладных программ позволяют учесть основные эксплуатационные особенности рассматриваемого участка и изменяемые параметры его составных частей - раздельных пунктов и перегонов.
Предлагаемый подход к построению имитационной модели позволяет на основании проведённых исследований оценить пропускную способность протяжённого участка железнодорожной линии при использовании специализированного пакета прикладных программ Anylogic.
Литература
1. Сотников Е.А., Шенфельд К.П. Неравномерность грузовых перевозок в современных условиях и ее влияние на потребную пропускную способность участков // Вестник ВНИИЖТ. 2011. №5. С. 3-9. ISSN 2223-9731
2. Мачерет Д. А., Ледней А. Ю. Объемы перевозок - ключевой фактор эффективности развития транспортной инфраструктуры // Экономика железных дорог. 2019. № 4. С. 28-38.
3. Воробьев B.C., Верескун В.Д., Репина И.Б. Оценка отказов технических систем железнодорожного транспорта с учетом влияния человеческого фактора // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2014. № 3(55). С. 32-40.
4. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 г. № 877-р.
5. Лапидус Б.М. О формировании актуальных направлений фундаментальных научных исследований в интересах опережающего развития ОАО «РЖД» // Железнодорожный транспорт. 2019. № 6. С. 26-30. ISSN 0044-444S.
6. Махутое H.A., Лапидус Б.М., Гаденин М.М., Титов Е.Ю. О научной поддержке стратегического планирования на железнодорожном транспорте: критерии безопасности и рисков // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО "РЖД". 2015. № 4. С. 2-12. ISSN 2304-9642.
7. Власенский АА, Суханов Г.И., Супруновский A.B., Белозерова И.Г. Изменение работы тягового подвижного состава на участках железных дорог Восточного полигона // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2021. № 2(70). С. 154-161. DOI 10.26731/1813-9108.2021.2(70).154-161.
S. Malovetskaya E. V., Bolshakov R.S., Dimov A. V., Byshlyago A.A. Planning of qualitative indexes of railroad operational work in polygon technologies et al 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 760 012041
9. Бобровский В.И., Коробъева Р.Г., Баланов B.O. Имитационная модель для оценки пропускной способности железных дорог // Наука та прогрес транспорту. 201S. № 6(78). С. 16-27. DOI 10.15S02/stp201 S/154S19.
10. Павлов А.И., Столбов А.Б. Прототип системы поддержки проектирования агентов для имитационных моделей сложных систем // Программные продукты и системы. 2016. №3. С. 79-S4.
11. Жарков М. Л., Парсюрова П.А., Казаков А.Л. Моделирование работы станций и участков железнодорожной сети на основе изучения отклонений от графика движения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 6(S9). С. 23-31.
12. Любченко A.A., Бартош C.B., Смирнов В.А., Castillo P.A. Дискретно-событийная модель железнодорожного узла в среде AnyLogic // Динамика систем, механизмов и машин. 2016. № 3. С. S7-92.
13. Супруновский А. В. Применение системы Anylogic для моделирования участковой железнодорожной станции // Молодая наука Сибири. 2020. № 2(S). С. 145-151.
14. Маловецкая Е.В. Актуальность применения имитационного моделирования при расчете плана формирования поездов с учетом развития полигонных технологий // T-Comm: Телекоммуникации и Транспорт. №4. 2019. ISSN 2072-S735 (Print) ISSN 2072-S743 (Online) DOI 10.24411/2072-S735-201S-10261
T-Comm Том 16. #3-2022
Y
ON THE ISSUE OF BUILDING SIMULATION MODELS TRANSPORTATION PROCESSES IN THE ANYLOGIC SOFTWARE ENVIRONMENT
Anton V. Suprunovkij, Irkutsk State Transport University (IrGUPS), Irkutsk, Russia, katerina8119@mail.ru Roman S. Bolshakov, Irkutsk State Transport University (IrGUPS), Irkutsk, Russia, Bolshakov_rs@mail.ru
Abstract
An extended section of the railway line was chosen as the subject of the researching. The section under consideration is a set of separate points for various purposes: intermediate, cargo, precinct and marshalling stations. This structure is a system of interacting elements. The purpose of the research is to create a method for identifying factors that affect the throughput of the railway section, and the formation of a set of recommendations to minimize the impact of these factors on the implementation of transportation processes. The main tool for conducting research is simulation modeling, which makes it possible to represent the area under consideration as a system consisting of several elements. Each element has its own set of properties that directly affect the system as a whole. The main results of the research include the construction of a simulation model of transport processes on the considered section of the railway line. On the basis of the generated model, the possibilities of assessing changes in the traffic flow passing through this section are considered, taking into account all the key elements of the transportation process. These include the type of train, the number of cars in the composition, the speed of movement, travel times, etc. The obtained results can be applied when conducting a comprehensive assessment of the functioning of existing railway lines. Also, based on the data obtained, it is possible to create a database, the content of which will be a data array that takes into account irregularities, failures of technical devices, and the occurrence of emergency situations. Based on the research, a method is proposed for estimating the throughput of an extended section of a railway line using a specialized Anylogic application package.
Keywords: imitational simulation, railway section, separate points, application software packages, throughput. References
1. E. A. Sotnikov, K. P. Shenfeld (2011). Irregularity of freight traffic in modern conditions and its impact on the required throughput capacity of sections. Vestnik VNIIZhT. No. 5. P. 3-9. ISSN 2223-9731
2. D. A. Macheret, A. Yu. Ledney (2019). Volumes of transportation as a key factor in the efficiency of transport infrastructure development. Economics of Railways. No. 4. P. 28-38.
3. V. S. Vorobyov, V. D. Vereskun, I. B. Repina (2014). Estimation of failures of technical systems of railway transport taking into account the influence of the human factor. Bulletin of the Rostov State University of Communications. No. 3 (55). P. 32-40.
4. Strategy for the development of railway transport in the Russian Federation until 2030. APPROVED by Decree of the Government of the Russian Federation dated June 17, 2008 No. 877-r
5. B. M. Lapidus (2019). On the formation of topical areas of fundamental scientific research in the interests of the advanced development of Russian Railways. Zheleznodorozhny transport. No. 6. P. 26-30. ISSN 0044-4448.
6. N. A. Makhutov, B. M. Lapidus, M. M. Gadenin, E. Yu. Titov (2015). On the scientific support of strategic planning in railway transport: safety and risk criteria. Bulletin of the Joint Scientific Council of Russian Railways. No. 4. P. 2-12. ISSN 2304-9642.
7. A. A. Vlasensky, G. I. Sukhanov, A. V. Suprunovsky, I. G. Belozerova (2021). Changes in the operation of traction rolling stock on the sections of the railways of the Eastern range. Modern technologies. System analysis. Modeling. No. 2 (70). P. 154-161. DOI 10.26731/1813-9108.2021.2(70).154-161.
8. E. V. Malovetskaya, R. S. Bolshakov, A. V. Dimov, A .A. Byshlyago (2020). Planning of quality indexes of railroad operational work in polygon technologies. et al 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. sci. Eng. 760 012041
9. V. I. Bobrovsky, R. G. Korob'eva, V. O. Balanov (2018). Simulation model for estimating the capacity of railways. No. 6(78). P. 16-27. - DOI 10.15802/stp2018/154819.
10. A. I. Pavlov, A. B. Stolbov (2016). Prototype of a support system for designing agents for simulation models of complex systems. Software products and systems. No.3. P. 79-84.
11. M. L. Zharkov, P. A. Parsyurova, A. L. Kazakov (2014). Modeling of the operation of stations and sections of the railway network based on the study of deviations from the traffic schedule. Bulletin of the Irkutsk State Technical University. No. 6 (89). P. 23-31.
12. A. A. Lyubchenko, S. V. Bartosh, V. A. Smirnov, P. A. Castillo (2016). Discrete-event model of a railway junction in the AnyLogic environment. Dynamics of systems, mechanisms and machines. No. 3. P. 87-92.
13. A. V. Suprunovsky (2020). Application of the Anylogic system for modeling a local railway station. Young Science of Siberia. No. 2(8). P. 145-151.
14. E. V. Malovetskaya (2019).The relevance of the use of simulation when calculating the plan for the formation of trains, taking into account the development of polygon technologies. T-Comm. No. 4. ISSN 2072-8735 (Print) ISSN 2072-8743 (Online) DOI 10.24411 / 2072- 8735-2018-10261
Information about authors:
Anton V. Suprunovkij, Senior Lecturer, Irkutsk State Transport University (IrGUPS), Irkutsk, Associate Professor of the department of "Control of operational works", Irkutsk, Russia
Roman S. Bolshakov, Candidate of Technical Sciences, Irkutsk State Transport University (IrGUPS), Irkutsk, Associate Professor of the department of "Control of operational works", Irkutsk, Russia
T-Comm Vol.16. #3-2022
