CC BY
11
УДК 656.22:004.9
КОРОП Г. В., к.т.н. доцент (ЛНУ имени Тараса Шевченко), КАПУСТИН Д.А., к.т.н. доцент (ЛНУ имени Тараса Шевченко), ШВЫРОВ В.В. к.т.н. доцент (ЛНУ имени Тараса Шевченко), СЕНТЯЙ Р. Н., ассистент (ЛНУ имени Тараса Шевченко)
Концепция тактического планирования входящих вагонопотоков в АСП промышленного транспорта
Korop G. V. assistant professor (Luhansk Taras Shevchenko National University), Kapustin D.A. assistant professor (Luhansk Taras Shevchenko National University), Shvirov V.V. assistant professor (Luhansk Taras Shevchenko National University), Sentyay R.N. assistant (Luhansk Taras Shevchenko National University)
The concept of tactical planning of input wagon-flows in the ASP of industrial transport
Введение
Современное развитие
информационных технологий [7] значительно повысило уровень использования математических
методов в планировании
транспортных процессов. В частности стало возможным использование математического моделирования [9] для разработки автоматизированных систем планирования [4]
транспортного обслуживания.
Автоматизированные системы
позволят реализовать резервы в сфере планирования [10] и управления [13] для своевременного, качественного и полного удовлетворения запросов, как производственных подразделений предприятия, так и сбытовых, а также повышение экономической
эффективности работы
промышленного транспорта
предприятия в целом. Построение автоматизированных систем
невозможно без вычислительной техники и электронных
информационных коммуникаций [3], потому проблема создания
специализированного программного
обеспечения, которое отвечает стандартам новейших
информационных технологий и помогает при выполнении
планирования и управления железнодорожным транспортом
является актуальной в современных условиях.
Анализ публикаций
Одним из подходов к решению задачи автоматизации процесса управления железнодорожной
системой предприятия является автоматизация оперативного
планирования [2] переработки вагонопотока на участке: предприятие - промышленная станция. Достаточно большая часть транспортных расходов, которые приходятся на этот участок идет на оплату пользования внешнесетевыми вагонами,
предоставленными посторонними операторскими компаниями. Одним из показателей эффективности работы транспортной системы является время оборота вагонов внутри предприятия. Детальный анализ указывает, что межоперационные простои на разных
предприятиях могут колебаться в пределах 20-70% от времени оборота [5]. Основными причинами этого являются нерациональное
использование локомотивного парка, малоэффективное планирование,
нормирование, и как следствие контроль времени выполнения технологических и маневровых операций [6]. Поэтому можно сделать выводы, что на современном этапе развития системы промышленного железнодорожного транспорта
необходимо усовершенствование системы оперативного планирования, нормирования и контроля времени технологических операций с вагонами.
На предприятии текущее планирование, диспетчерское
регулирование, а также оценочно-контрольные действия выполняет диспетчер [13]. Следовательно, для автоматизации оперативного
планирования необходимо создать программный продукт [11], что позволяет снизить эксплуатационные расходы и повысить эффективность работы диспетчера, и что выполняет функции нормирования и контроля выполнения технологических
операций на предприятии.
Проведенный обзор систем автоматизации, централизации,
управления и современных тенденций в развитии диспетчерских систем, позволяет сделать следующие выводы:
1) На железных дорогах технически развитых стран длительное время ведется интенсивная работа по автоматизации, централизации и концентрации оперативного управления эксплуатационной работой.
2) Все АСК создаются как эргатические системы «человек-машина». При этом решаются следующие основные вопросы: оптимальное распределение функций между человеком и машиной;
разработка новой технологии работы операторов в условиях автоматизации; разработка систем общения (интерфейса) операторов с машиной (решается задание непосредственного общения оперативных работников с ЭВМ); подготовка операторов к работе на АРМ. Система должна быть гибкой и реагировать на смену условий работы.
3) Основные разработки направлены на: автоматизацию прогнозирования, планирования, контроля, учета и анализа процесса перевозок; автоматизацию оперативного управления движением поездов, местной работой; обеспечение поездов локомотивами и бригадами, вагонными парками, работами, по ремонту и содержанию технических средств; обеспечение ускоренного перехода к информационно управляющим интегрированным системам на базе аналитических и прогнозных моделей.
4) На промышленном транспорте существуют отдельно информационные системы и системы прогнозирования и рационального планирования. Информационные системы фиксируют операции с вагонами и приблизительное их местонахождение. Попытки объединить эти два направления ведутся на магистральных железных дорогах. По ряду причин промышленный транспорт в развитии этого вопроса отстает. Максимальной эффективности в управлении оперативной работой промышленного железнодорожного транспорта возможно достичь путем образования информационно планирующих систем с элементами поддержки принятия решения. Планирующий блок, который выполняет функции поиска приемлемого рационального решения должен быть интегрирован с информационной системой и выдавать
результаты расчетов диспетчеру в удобной для восприятия форме. При этом система должна быть достаточно гибкой и легко адаптироваться к случайному изменению задач или приоритетов.
Цель работы
Рассмотреть модули
информационной системы и описать их функциональные возможности. Привести функциональную структуру подсистемы оперативного
планирования технологического
процесса переработки вагонопотоков. Формализовать стоимостную оценку транспортной комбинации.
Основная часть
На основе анализа изложенного материала и изучения предметной области в целом была предложена следующая обобщенная схема системы построения рационального плана технологической обработки вагонопотока [10], которая
представлена на рис.1.
Рис. 1 - Структурная схема системы планирования технологической обработки
входного вагонопотока
Стоит отметить, что
разработанная схема не является окончательной и планируется ее последующее расширение и детализация, потому что сразу спроектировать систему такого уровня сложности практически невозможно. Дальше рассмотрим структурные блоки, которые представлены на схеме.
Прежде всего, стоит отметить тот факт, что системы такого рода не состоят лишь из программного комплекса. Неотъемлемой
составляющей являются также разнообразные датчики, механизмы, контролеры и тому подобное. Они предназначены для автоматизации относительно простых действий, что выполняет человек.
Информация из датчиков передается на некоторый блок обработки этой информации. Здесь происходит анализ входной информации, формирования данных необходимых для функционирования системы. Как правило, потом исходная информация регистрируется в базе данных.
Базы данных являются важной частью таких систем. Их можно разделить на два типа: базы данных оперативной и постоянной
информации. Первые предназначены для хранения информации, которая постоянно изменяется, например, положения вагонов, их состояние, последовательность выполняемых операций, занятость грузовых фронтов и путей предприятия. Вторые предназначены для хранения относительно постоянной
информации, например характеристик путей, нормальных положений железнодорожных стрелок, маршрутов передвижения и т.п.
Бесспорно, главной частью таких систем является расчетно-
планирующий блок. Он состоит из
многих модулей, связанных между собой. На данный момент этот блок состоит из блока расчета плана сбора вагонов с грузовых фронтов по окончании грузовых операций, блока расчета плана продвижения вагонов по грузовым фронтам, блока выбора маневровой зоны для проведения сортировки вагонов, которые поступили, блока расчета
рационального плана ведения маневровой работы, блока расчета вариантов распределения вагонов по маневровым группам, блока расчета вариантов последовательностей
развоза вагонов по грузовым фронтам и блока расчета вариантов распределения вагонов по грузовым фронтам. Информация от расчетно-планирующего блока будет передаваться к базе данных оперативной информации. При последующей разработке системы структура расчетно-планирующего блока будет изменяться, количество элементов в нем будет увеличиваться.
Блок визуализации
предназначен для отображения текущей информации для разных пользователей, таких как диспетчер, локомотивные бригады, и тому подобное. Он состоит из отдельных блоков: построения суточного план-графика и динамического отображения процесса переработки вагонопотока. Всю необходимую информацию блок визуализации берет из баз данных.
В системе присутствуют разнообразные интерфейсы
пользователей. Наиболее объемным и функциональным является интерфейс диспетчера. В его обязанности входят текущее планирование работы, диспетчерская регуляция и оценочно-контролирующие операции. Кроме принятия рассчитанного системой плана обработки диспетчер будет иметь возможность ручной
корректировки и построения этого
плана. Среди других интерфейсов следует выделить интерфейс регистрации входного вагонопотока и интерфейс локомотивной бригады.
Работа системы реализуется с помощью разработанного метода оперативного планирования , который представлен в виде структурно-логической схемы (рис.2).
Рис. 2 - Структурно-логическая схема метода оперативного планирования переработки
входящего вагонопотока
Опишем систему обозначений, которая используется на схеме: /(а_Ь) -
входные данные, которые поступают в систему от реальных объектов а -
данные;
выполнение операций.
Х(а-ь) - фактическое запланированных
номер блока, информацию Ь -который принимает (аналогично для обозначений); и (а_Ь) (управляющие) данные от системы к реальным объектам; ) -
запланированные операции и занятость ресурсов предприятия; Р^а_Ь)
посылающего номер блока, информацию следующих - выходные
- постоянная характеристиках предприятия;
информация о ресурсов
R
(а-Ь)
расчетные
Группа вагонов, которая поступила на предприятие переходит в режим ожидания операций (х^)), что
фиксируется в соответствующем блоке системы. Процесс функционирования системы начинается с передачи информации о группе вагонов, которая поступила (I (1_2)) к блоку
«определения параметров вариантов распределения вагонов по грузовым фронтам». Для выполнения расчета поступает информация о технических характеристиках ГФ, его вместимости
(р7_2)) и планируемую занятость на
данные сутки (^(7_2)). Дальше для
каждого варианта распределения вагонов, которые рассматривались (%.,)), определяются все возможные
варианты последовательности развоза групп вагонов по ГФ и их параметры (^(3_4)). Для этого необходима техническая информация о путевых ресурсах (В(6_3)) и их запланированная
занятость на сутки 7 (6_3)).
Полученные данные передаются к блоку (4), где проводится построение плана и расчет времени на переформирование состава на отведенных путях [12, 14], занятость и характеристики которых описываются
данными
и
в.
(5_4)
(5_4)
соответственно.
На основании расчетов,
проведенных по каждому из этапов
обработки состава (2) (3) (4), определяются параметры времени
суток ), которые позволяют
определить точки начала и конца планируемых операций в суточном плане. Данная процедура позволяет также отфильтровать неприемлемые, в результате наложенных ограничений (I, I, I), варианты в блоке (10), используя необходимые данные 1(8_10). В результате получим данные, по которым, с учетом данных о занятости локомотивов (7(1110 Д и обо всех вагонах, которые ожидают на операции (7(9_10)), определяются
стоимостные показатели [1] и проводится поиск рациональных решений (10), которые представляются диспетчеру в виде данных ^10_8). В
случае отклонения каждого из вариантов решений по каким-либо причинам, поиск решения может продолжаться в полуавтоматическом
режиме, путем введения
дополнительных условий.
После принятия решения о выборе конкретного варианта технологической обработки,
полученная информация о плане переработки вагонопотока передается к блокам (5), (6), (7), (9), (11), выполняя корректировку плана суточной занятости транспортных ресурсов. Так, получим:
75 — 75 + 7 (8_5),
7' — 7 + 7
77 — 77 ^ 7(8_7),
76 — 76 + 7(8_6), 7' — 7 + 7
79 — 79 ^ 7(8_9) ,
71 1 — 711 + 7(8—11), Где 7(8_5), 7(8_6),
'(8-7),
'(8_9),
7 - внесенные
изменения в план занятости транспортных ресурсов; 7\, 76, 7\,
7 , 7 - новый план занятости транспортных ресурсов после внесения изменений.
После корректировки суточного плана диспетчер передает
управляющие данные и (8_1) к
локомотивной бригаде, которая выполняет переформирование состава (Х(112)), доставку групп вагонов к ГФ
(Х(1213)) и выполняет проталкивание вагонов при выполнении грузовых операций (Х(13_14)). В зависимости от
ситуации, которая сложилась, и занятости транспортных ресурсов, данные операции могут проводиться после процесса ожидания
(Х(9_12), Х(9_13), Х(9_14)) .
Таким образом, имеем следующие принципы
функционирования системы:
1. Информация о входной группе вагонов (1) фиксируется в блоке хранения информации (9) и поступает к расчетным блокам (2), (3), (4);
2. В расчетных блоках выполняются необходимые вычисления с учетом данных,
полученных от блоков хранения информации (5) (6) (7);
3. Поиск рациональных решений выполняется в соответствующем блоке (10), используя результаты вычислений расчетных блоков, данных, из блоков сохранения информации (9), (11) и блока планирования (8).
4. Полученные рациональные решения передаются блоку планирования (8), где выполняется окончательный выбор плана технологической обработки группы вагонов;
5. Из блока планирования (8) до локомотивной бригады, которая обслуживает группу вагонов (1) передается план технологической обработки;
6. Локомотивная бригада выполняет необходимые операции (12), (13) (14) в соответствии с полученным планом.
Функционал стоимостной оценки [1] транспортной комбинации в общем виде [8]:
в2, г, Г4 ) = £(с (в2 )-с1 (в; ))++c 2 ( r)+£c3 (t4 )
где: в1 = (в11,в12,...,в1к) - вектор, координаты которого - вагоночасы соответствующего вагона из подачи перед началом технологической обработки. Индексы координат вектора отвечают порядковым номерам вагонов на момент поступления состава на станцию
примыкания. в2 =(в\,в1,...,в1) -вектор, координаты которого вагоночасы соответствующего вагона из подачи, после выполнения грузовых операций с группой вагонов, к которой он принадлежит. Индексация
аналогично в1. С1 (в) - функция, которая определяет стоимость вагоночасов; в - некоторое количество вагоночасов. Вагоночасы -это количество часов нахождения вагона в использовании на предприятии. Учитывая то, что стоимость каждого следующего вагоночаса растет при увеличении их количества, то стоимость вагоночасов технологической обработки I -го вагона будет равняться разнице: С1 (в? )- С1 (в. ). Ь - количество вагонов в составе, перед началом технологической обработки. Ь -
время работы локомотива, которое было потрачено на технологическую переработку подачи. С2 (ь) - функция, которая определяет стоимость локомотивочасов; Ь - некоторое количество локомотивочасов.
Локомотивочасы - количество часов работы локомотива при выполнении технологической переработки состава.
t1 - время движения к маневровому
,2
району. t - время выполнения
3 /33 3 1
маневровой работы. t t2,...,tm) -вектор, координаты которого являются временами движения от маневрового района к соответствующему ГФ во время развоза групп вагонов. Индексы координат вектора отвечают индексам грузовых фронтов в
последовательности }.
t -it:, t
(t 4t 4 14 )
tm ) - вектор, координаты
которого являются временем выполнения грузовых операций с группой вагонов на соответствующем грузовым фронтам. Индексация
аналогично t3 . Сг3 ) - функция,
которая определяет стоимость работы ГФ, где индекс . является индексом соответствующего грузового фронта в
последовательности {ж}, {жг. ^ -
последовательность идентификаторов задействованных грузовых фронтов (все грузовые фронты, на которых возможно выполнение грузовых операций хотя бы с одним вагоном из состава), отсортированная по классам; т - количество задействованных ГФ, С - некоторое время работы
грузового фронта (г — 1, т)
Минимум функции будет оптимальным решением задачи. Рациональным решением задачи назовем такое решение, позиция которого в отсортированном по росту общих стоимостей списка точек целевой функции не превышает величину м (количество решений, которые выводятся), которую указывает пользователь системы.
На параметры, от которых зависит функция, нельзя влиять непосредственно, потому что они являются лишь характеристиками избранного варианта технологической обработки и их значения зависят от параметров этого варианта. Для выполнения расчета нужно записать целевую функцию, значение которой зависит от избранной маневровой зоны, распределению и
последовательности развоза вагонов по грузовым фронтам, а также распределению вагонов по маневровым группам.
Вагоночасы (#2 j
локомотивочасы (iL j
и
зависят от
времени выполнения каждого этапа. Из-за того, что целью процесса технологической обработки является выполнение грузовых операций с вагонами состава на определенных грузовых фронтах, то планирование технологической обработки
начинается с выбора грузовых фронтов и количества вагонов в группах. Планирование остальных
этапов зависит от данного выбора, потому расчет времени будем рассматривать из последнего этапа.
Выводы
В рамках АСП при планировании входящего вагонопотока предлагается методика построения и экономической оценки транспортных комбинаций, что позволит получить общий
оптимальный план.
Список литературы:
1. Асмолова Е.А., Короп Г.В., Михеев М.Ю., Нечай Т.А., Ремонтов А.П., Роганов В.Р. Модели и алгоритмы систем планирования технологических процессов локального железнодорожного комплекса промышленного предприятия: Монография - Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. ун-т, 2015. -112 с.: 37 ил., 5 табл., библиогр. 111 назв.
2. Бобровский В.И. Функциональное моделирование железнодорожных станций в тренажерах оперативно-диспетчерского персонала/ В.И. Бобровский, Р.В. Вернигора // Математичне моделирование. - 2004. -№6. - С. 17-21.
3. Быков В.П. Система поддержки принятия решений по управлению движением поездов на участках железных дорог: Конспект лекций - Хабаровск. Изд-во ДВГУПС 2001. - 92 с.
4. Данько М.1. Лаврухин О.В. Прогнозирование распределения вагонопотоков на основе теории нечетких множеств // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. -Харьков, 2004. - Вып. № 2. - с. 80-83.
5. Коробьёва Р.Г. Повышение эффективности эксплуатации
технических средств ж.д. узлов при переработке местных вагонов. -Автореферат диссертации на соискание научного звания к.т.н. Днепропетровск - 2003, - 21 с.
6. Кочнев Ф.П. Управление эксплуатационной работой железных дорог: [учеб. пособие для вузов] / Кочнев Ф.П., Сотников И. Б. - М.: Транспорт, 1990. - 424 с.
7. Меньков А.В. Теоретические основы автоматизированного управления / А.В, Меньков, В.А. Острейкоиский. — Учебник для вузов. — М.: Издательство Оникс, 2005. — 640 с.
8. Метакидес Г., Нероуд А. Принципы логики и логическое программирование / Пер. с англ., под ред. к.ф.м.н. В. А. Захарова и акад. В.
A. Садовничего. — М.: Изд-во «Факториал», 1998. — 288 с.
9. Нагорный Е.В. Моделирование технологического процесса обработки вагонов, информации и перевозочных документов экспортно-импортного вагонопотока по прибытию на передаточных пограничных станциях / Е.В. Нагорный, ТВ. Бутько, Н.Ф. Титов // Концепция повышения эффективности грузовых перевозок на железнодорожном транспорте: Межвуз. сб. научн. трудов - Харьков: ХарДАЗТ. - 1998. - Вып. 33. - С. 125129.
10. Овчаренко А.А., Короп Г.В., Ляшенко Т.В. Совершенствование существующей методики по планированию маневровой работы. // Проблемы глобализации и модели стойкого развития экономики: Материалы I-ой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых - 2009.
11. Персианов В.А. Расчет железнодорожных узлов методом моделирования их работы на ЭЦВМ /
B.А. Персианов, Н.С. Усков, И.Е.
Четыркина // Транспортные узлы. -М.: Транспорт. - 1996. - С.420-446.
12. Титаков С.А., Короп Г.В., Ляшенко Т.В. Формализация процесса маневровой работы на железнодорожном транспорте в условиях недостаточного количества путей. // Проблемы глобализации и модели стойкого развития экономики: Материалы 1-ой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых - 2009.
13. Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов / П.С. Грунтов, Ю.В. Дьяков, А.В. Макарочкин и др.; Под ред П.С. Грунтова. - М.: Транспорт, 1994 г. - 543 с.
Шикун О.В., Короп Г.В., Ляшенко Т.В. Повышение точности планирования и имитационное моделирование переформирования состава при достаточном количестве путей. // Проблемы глобализации и модели стойкого развития экономики: Материалы 1-ой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых - 2009.
Аннотации:
Статья посвящена вопросам автоматизации планирования входящих вагонопотоков предприятия. Определены тенденции развития информационно-планирующих систем промышленного железнодорожного транспорта. Рассмотрены модули информационной системы и описание их функциональных возможностей, сама система представлена из трех основных компонентов: блока сбора информации о местонахождении подвижного состава и занятости путей, расчётного-планирующего блока и модуля интерфейса пользователей. Приведена функциональная структура подсистемы оперативного планирования технологического процесса переработки вагонопотоков. Акцент сделан на планирование работы с входящим вагонопотоков. Для чего в системе решается
комплексная задача распределения вагонов по грузовым фронтам, определяется порядок обслуживания грузовых фронтов,
производится планирование сортировочного перед переформированием составов в доступной маневровой зоне. Предложена функциональная стоимостная оценка транспортной комбинации.
Ключевые слова: Промышленный транспорт, маневровая работа,
информационно-планирующая система,
транспортная комбинация, оперативное планирование
The article is devoted to the automation of planning in the incoming car trains of the enterprise. Trends in the development of information and planning systems for industrial rail transport have been determined. The modules of the information system and the description of their functionality are considered. The system
itself is represented by three main components: a block for collecting information about the location of the rolling stock and the employment of the routes, the settlement planning unit and the user interface module. The functional structure of the subsystem for the operational planning of the technological process for the processing of wagon flows is given. The emphasis is on scheduling work with incoming car trains. For this purpose, the complex problem of the distribution of wagons along the freight fronts is solved in the system, the order of servicing the freight fronts is determined, and the sorting before the reorganization of the formations in the accessible maneuvering zone is planned. A functional cost estimate of the transport combination is proposed.
Keywords:Industrial transport, shunting work, information-planning system, transport combination, operational planning.
mo
