CC BY
35
УДК 656.212.5 Котельников Сергей Сергеевич,
аспирант кафедры управления эксплуатационной работой (УЭР) Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПС), тел. 8 (914) 9521-566, e-mail: Ori-Gami@yandex.ru, Иванкова Людмила Николаевна, канд. техн. наук, доцент, зав. каф. УЭР ИрГУПС, тел. 8 (914)8934-321, e-mail: ivankovaln@yandex.ru, Иванков Алексей Николаевич, канд. техн. наук, доцент каф. УЭР ИрГУПС, тел. 8 (914)8939-774, e-mail: aivankov@mail.ru
МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ ШТАТА РАБОТНИКОВ ПТО И ЕМКОСТИ ПУТЕВОГО РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
S.S. Kotelnikov, L.N. Ivankova, A.N. Ivankov
TECHNIQUE OF CHOICE OF AN OPTIMUM PARITY OF STAFF OF WORKERS OF THE POINT OF MAINTENANCE AND CAPACITIES OF TRAVELING DEVELOPMENT OF DIVISION TERMINALS
Аннотация. На основе разработанной имитационной модели функционирования технических станций определены межоперационные простои и потребная емкость путевого развития и необходимый штат работников ПТО для освоения заданного объема вагонопотока. Предложена методика выбора рациональных параметров технологического процесса работы участковых и сортировочных станций.
Ключевые слова: сортировочные станции, участковые станции, технические станции, задержки подвижного состава, имитационная модель работы станций.
Abstract. On the basis of the developed simulation model offunctioning of division terminals intero-perational idle times and capacity of traveling development and necessary staff of workers of the point of maintenance for development of the set car traffic volume are defined. The technique of choice of rational parameters of technological process of work of division terminals and classification yards is offered.
Keywords: division terminals, marshalling yard, rolling stock delays, simulation model of the railway station.
Участковые и сортировочные станции являются ключевым звеном перевозочного процесса. От их четкой работы, особенно в условиях роста объемов перевозок, зависят эффективность и конкурентоспособность железных дорог и, в первую
очередь, такие важные эксплуатационные показатели, как оборот вагона и сроки доставки грузов. Для минимизации этих значений необходимо поддерживать оптимальное соотношение количества маневровых, поездных и горочных локомотивов, приемоотправочных путей и бригад ПТО (пункта технического осмотра). Поскольку изменять инфраструктуру (сооружать или разбирать пути, модернизировать горку) быстро невозможно, приходится изменять количество работающих бригад и групп ПТО и количество локомотивов.
В последние годы для улучшения работы станций ОАО «РЖД» были утверждены Программа совершенствования работы и развития сортировочных станций на 2006-2015 годы и Схема размещения и развития сортировочных станций до 2015 года. Согласно многовариантным расчетам в этих документах, было определено, что дефицит путевого развития по многим станциям должен быть снят за счет улучшения станционной технологии.
Для исследования закономерностей работы станций была создана компьютерная модель, позволяющая имитировать технологические процессы парка приема сортировочной станции, транзитного парка сортировочной станции, приемо-отправочного парка участковой станции с возможностью изменения основных параметров. При разработке модели использовались статистические данные, полученные при изучении работы участковых и сортировочных станций Красноярской и
Восточно-Сибирской железных дорог. С этой целью был выполнен анализ 2788 интервалов поступления и количества вагонов в составе грузовых поездов
и установлены их законы распределения [1].
По результатам моделирования были получены следующие качественные показатели:
- среднее время нахождения поезда в парке;
- среднее время ожидания;
- среднее время ожидания бригады ПТО;
- среднее время ожидания горочного локомотива (для поездов, поступающих в расформирование);
- среднесуточное время занятия всех путей;
- среднесуточное время ожидания всеми грузовыми поездами;
- среднесуточное время простоя грузовых поездов по причине занятости бригады ПТО;
- среднесуточное время простоя грузовых поездов по причине занятости горочного локомотива.
Результаты моделирования позволили определить, что продолжительность простоя грузовых поездов и количество одновременно работающих бригад ПТО в парках технических станций имеют нелинейную зависимость. Основными изменяющимися факторами для проведения планирования эксперимента были приняты:
- количество прибывающих поездов (от 7 до 36 для одной бригады и от 7 до 72 для двух и трех бригад);
- количество приемоотправочных путей (от двух до 10);
- соотношение категорий грузовых поездов (для транзитного парка приняты две категории с изменением доли поездов с шагом 10 % - со сменой локомотива и со сменой локомотивных бригад; для парка прибытия принята одна категория поездов - в расформирование; для участковой станции приняты три категории с изменением доли поездов с шагом 10 % - в расформирование, со сменой локомотива и со сменой локомотивных бригад).
Значения факторов задавались в кодированных величинах [4]. Максимальный уровень фактора равен +1, минимальный -1 и средний 0. В общем случае относительное или кодированное значение фактора равно:
X - X, ,
Х1 ср - Xi г
Xi - Xiср
- X,.,
2Xi - Xi шах - Xi г
X™, - X...
, (1)
(абсолютное) значение фактораХгср - Х1т\п =
=Хтах - Хгср - интервал варьирования фактора.
Введение кодированных переменных при планировании экспериментов позволяет получить оценки коэффициентов регрессии Ь и производить регрессионный анализ по упрощенным формулам.
Коэффициенты модели рассчитывают по формуле:
^ хш-Уи
N
(2)
где Хгтах, Хгтл - максимальное и минимальное значение фактора, т. е. пределы варьирования фактора в эксперименте; Хгср - значение фактора на основном (среднем) уровне; X-\ - именованное
где 1 - номер фактора; и - номер опыта;
N - число опытов в матрице планирования; хи - значение Х( в и-ом эксперименте; Уи - опытное значение функции в том же опыте.
Кодированные значения факторов различных экспериментов и опытные значения функций, отображающих простои грузовых поездов в транзитном парке сортировочной станции для различного количества бригад ПТО, представлены в виде матриц планирования полного факторного эксперимента в таблицах 1-3.
Полученные коэффициенты Ь указывают на силу влияния факторов. Чем больше численная величина коэффициента, тем большее влияние он оказывает на фактор. Величина коэффициента соответствует вкладу данного фактора в величину параметра оптимизации при переходе фактора с нулевого уровня на верхний или нижний. О характере влияния факторов говорят знаки коэффициентов. Знак «плюс» свидетельствует о том, что с увеличением значения фактора растет величина параметра, простой грузовых поездов.
В общей сложности, методом планирования эксперимента были определены аналитические зависимости продолжительности простоя грузовых поездов в различных парках технических станций по причине занятости бригад ПТО при изменяющихся факторах [2, 3].
Для транзитного парка сортировочной станции составлены 3 полинома третьей степени отображающих простои грузовых поездов при одновременной работе в парке одной, двух и трех бригад ПТО. Для сортировочного парка составлены 3 полинома второй степени (соотношение категорий грузовых поездов не меняется). Для приемо-отправочного парка участковой станции составлены 9 полиномов третьей степени, отображающие простои поездов при количестве поездов, поступающих в расформирование, равном 20 %, 30% или 40% от общего количества прибывающих грузовых поездов в парк при одновре-
х =
Т а б л и ц а 1
Матрица планирования полного факторного эксперимента при одной бригаде ПТО
№ эксперимента Хо Х1 Х2 Х3 Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 ХХХ3
1 +1 -1 -1 -1 + 1 +1 +1 -1 86,33
2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 747,50
3 +1 -1 + 1 -1 -1 +1 -1 +1 185,33
4 +1 +1 + 1 -1 + 1 -1 -1 -1 1756,67
5 +1 -1 -1 +1 + 1 -1 -1 +1 90,00
6 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 873,00
7 +1 -1 + 1 +1 -1 -1 +1 -1 194,00
8 +1 +1 + 1 +1 + 1 +1 +1 +1 2146,33
Ьо Ь\ Ь2 Ьъ Ь12 Ьх3 Ь23 Ь123
759,90 620,98 310,69 65,94 259,94 62,85 33,65 32,40
Т а б л и ц а 2
Матрица планирования полного факторного эксперимента при 2 бригадах ПТО
№ эксперимента Х0 Х1 Х2 Х3 Х1Х2 Х\Хъ Х2Х3 Х1Х2Х3 ^2
1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 + 1 —1 21,33
2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 + 1 + 1 407,00
3 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 + 1 53,00
4 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 792,33
5 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 + 1 29,33
6 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 491,33
7 +1 -1 +1 +1 -1 -1 + 1 -1 64,00
8 +1 +1 +1 +1 +1 +1 + 1 + 1 1137,33
Ь0 Ьх Ь2 Ьъ Ь12 Ьв Ь23 Ь123
374,46 332,54 137,21 56,04 120,63 51,29 32,96 32,21
Т а б л и ц а 3
Матрица планирования полного факторного эксперимента при 3 бригадах ПТО
№ эксперимента Х0 Х1 Х2 Х3 Х1Х2 Х\Хъ Х2Х3 Х1Х2Х3 ^2
1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 + 1 — 1 0,00
2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 + 1 + 1 29,33
3 +1 -1 + 1 -1 -1 +1 -1 + 1 2,33
4 +1 +1 + 1 -1 +1 -1 -1 -1 76,33
5 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 + 1 2,67
6 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 45,67
7 +1 -1 + 1 +1 -1 -1 + 1 -1 11,67
8 +1 +1 + 1 +1 +1 +1 + 1 + 1 263,00
Ь0 Ь1 Ь2 Ьъ Ь12 Ьв Ь23 Ь123
53,88 49,71 34,46 26,88 31,63 23,88 22,13 20,46
менной работе в парке одной, двух и трех бригад ПТО.
Полином третьей степени, отображающий простои грузовых поездов в транзитном парке сортировочной станции, имеет следующий вид: ^ = 756,9 + 620,98 • х + 310,69 • х2 +
+65,94 • х3 + 259,94 • хх + 62,85 • хх + (3) +33,65 • х2х3 + 32,40 • XXX,
У2бр = 374,46 + 332,54 • х +137,21-х + +56,04 • х +120,63 • хх + 51,29 • XX + (4) +32,96 • хх + 32,21 • ххх, 7зф = 53,88 + 49,71 х + 34,46 • х + 26,88 • х +
+31,63 • хх + 23,88 • хх + (5)
+22,13 • хх + 20,46 • ххх •
Здесь У\бр - время простоя грузовых поездов при одной работающей бригаде ПТО;12бр - время простоя грузовых поездов при двух работающих бригадах ПТО; Узвр - время простоя грузовых поездов при трех работающих бригадах ПТО; хх -количество прибывающих поездов в сутки; х2 -соотношение категорий грузовых поездов; х3 - количество приемоотправочных путей.
Планирование эксперимента и последующее моделирование выполнялось с использованием таких параметров, при которых максимально точно можно подобрать условия, отображающие работу парка существующей участковой или сортировочной станции. Изменяя значения основных факторов в разработанных формулах, можно узнать оптимальное соотношение количества одновременно работающих бригад ПТО, путей и прибывающих грузовых поездов. Формулы полиномов были проверены на адекватность. Полученные результаты представлены в виде графика на рис. 1.
Анализ графика и полученных результатов свидетельствует о том, что математическое ожидание результатов моделирования в разработанной программе отличается от результатов, полученных при расчете полинома, менее чем на 3,5 %. Эти результаты подтверждают высокую степень совпадения значений, полученных аналитическим путем и путем моделирования. Задержки поездов в ожидании обслуживания из-за занятости бригад ПТО в большей степени зависят от математического ожидания интервала поступления поездов
в парк, чем от законов распределения и дисперсии этих интервалов.
Разработанная имитационная модель существенно отличается от аналогичных компьютерных продуктов и имеет ряд преимуществ:
- компьютерная модель является универсальной и подходит для исследования работы большого разнообразия участковых, сортировочных, грузовых, пассажирских и промежуточных станций;
- программа имеет простой в обращении интерфейс, не требующий большого количества времени для изучения;
- результаты моделирования отображаются в табличной форме и в виде графиков на любое количество суток;
- результаты моделирования можно сохранять в виде рисунков и таблиц для дальнейшей обработки, анализа и контроля;
- программа является портативной и не требует установки.
Видовые экраны программы представлены на рис. 2-4. Форма имеет три вкладки: параметры модели, график и журнал. На вкладке «параметры» (рис. 2) указывают параметры потока поездов, характеристики параметров обслуживания, количество путей в приемоотправочном парке. Результаты моделирования могут быть представлены в графическом и табличном виде - вкладки графика и журнала (рис. 3, 4).
На основе графика составляется таблица поступления поездов на станцию. В таблице отображаются следующие значения:
- номер суток моделирования;
Рис. 1. График изменения величин простоя грузовых поездов при неизменных параметрах
иркутским государственный университет путей сообщения
Рис. 2. Окно «Параметры», программы «Моделирование работы станции»
Рис. 3. График обработки грузовых поездов в парке прибытия участковой станции
«таи— щ
ВЦначш
Параметры График -Журнал
Ы- суток N- поезда время прибытия время отправления итоговое время время ожидания вр.ож.бригады ПТО вр.ож.гор.лок-ва
1 сутки 2447 89:45 18:58 81:14 00:20 00:00 00:00
1 сутки 2487 10:47 11:53 81:86 00:20 00:00 00:00
1 сутки 25G1 10:55 11:26 88:31 00:00 00:00 00:00
1 сутки 2137 11:83 12:31 81:28 00:43 00:23 00:00
1 сутки 3823 11:11 12:57 81:46 00:22 00:22 00:00
1 сутки 3772 11:28 13:42 82:16 00:45 00:45 00:00
1 сутки 3858 12:15 14:12 81:57 00:43 00:42 00:01
1 сутки 2659 14:05 14:31 00:26 00:00 00:00 00:00
1 сутки 3181 14:13 15:48 01:27 00:00 00:00 00:00
1 сутки 2858 14:28 15:48 81:18 00:22 00:02 00:00
1 сутки 2838 15:27 15:56 88:28 00:01 00:01 00:00
1 сутки 3388 15:58 17:28 81:24 00:00 00:00 00:00
1 сутки 2881 10:57 17:26 88:28 00:00 00:00 00:00
1 сутки 2348 17:85 18:37 81:32 00:35 00:15 00:00
1 сутки 2811 17:25 17:53 88:28 00:01 00:01 00:00
1 сутки 2812 17:33 18:21 88:48 00:20 00:20 00:00
1 сутки 2522 17:48 18:46 88:57 00:28 00:28 00:00
1 сутки 2Э44 20:23 20:52 00:29 00:00 00:00 00:00
1 сутки 3588 20:55 22:17 01:22 00:00 00:00 00:00
Введите имя Ексе|-Файла |Журнал
Среднесуточное значение:
|32:58
Экспортировать в Excel | Среднее время: |Ш:0е
|06:54 |00:14
|83:53 |00:0В
| □□: 01
Рис. 4. Протокол работы модели, отображаемый на вкладке «Журнал»
- номер поезда;
- время прибытия поезда;
- время отправления поезда;
- общее время нахождения поезда в парке;
- общее время ожидания;
- время ожидания бригады ПТО;
- время ожидания горочного локомотива (для поездов, поступающих в расформирование);
- среднее время нахождения поезда в парке;
- среднее время ожидания;
- среднее время ожидания бригады ПТО;
- среднее время ожидания горочного локомотива одним поездом (для поездов, поступающих в расформирование);
- среднесуточное время занятия всех путей;
- среднесуточное время ожидания всеми грузовыми поездами;
- среднесуточное время простоя грузовых поездов по причине занятости бригады ПТО;
- среднесуточное время простоя грузовых поездов по причине занятости горочного локомотива.
Полученные результаты можно сохранять и обрабатывать с помощью табличного редактора Excel.
Использование разработанной программы и предложенной методики позволит качественно улучшить технологический процесс работы сортировочных и участковых станций за счет выбора ра-
ционального соотношения числа бригад ПТО, количества горочных локомотивов и емкости путевого развития приемо-отправочных парков. Все это будет способствовать ускорению продвижения транзитного вагонопотока, соблюдения уставных сроков доставки в условиях обращения приватного парка вагонов и парка, принадлежащего дочерним зависимым обществам ОАО «РЖД» - Первой грузовой компании и Второй грузовой компании.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Акулиничев В. М., Кудрявцев В. А., Корешков А. Н. Математические методы в эксплуатации железных дорог : учеб. пособие для ВУЗов ж.-д. транспорта. - М. : Транспорт, 1982. - 223 с.
2. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин : учеб. для вузов. - М. : Высш. шк., 1994. - 318 с.
3. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента. - М. : Мир, 1981. - 520 с.
4. Казаков Ю. Б., Тихонов А. И. Методы планирования эксперимента в электромеханике : метод. указания к выполнению лаб. работ / Иванов. гос. энерг. ун-т. - Иваново, 2001. - 28 с.
