CC BY
69
УДК 381.31.00
В. О. Борознов Астраханский государственный технический университет
МОДЕЛЬ ЗАДАЧИ «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОЧЕРЕДНОСТИ РОСПУСКА СОСТАВОВ НА СОРТИРОВОЧНОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СТАНЦИИ»
Введение
В настоящее время одним из источников повышения эффективности процессов разного типа являются оптимизация и повышение эффективности функционирования организационной и информационной структур технологического процесса. При этом многие задачи, связанные с оптимизацией структур, могут быть формализованы и сведены к различным задачам на графах.
К сожалению, пока для очень многих задач на графах не существует эффективных, практически реализуемых алгоритмов решения, что, с одной сторон, существенно затрудняет внедрение методов решения различных задач на графах в реальном производстве, а с другой -является большим резервом повышения эффективности технологических процессов путём оптимизации структурных, информационных и иных связей.
Железнодорожный транспорт как объект изучения является сложной производственноэкономической и социальной системой со своей внутренней, только ей присущей территориально-производственной и функциональной структурой. Огромное значение в совершенствовании эксплуатационной работы железных дорог (ЖД) имеет оптимизация перевозочного процесса, его учёта и анализа. Планирование и управление эксплуатационной работой ЖД ориентировано на минимизацию эксплуатационных расходов и в то же время - на достижение высокого качества транспортного обслуживания клиентов, что позволяет увеличить объем перевозок, а следовательно, и доход ЖД.
Однако мероприятия по интенсификации эксплуатационной работы нередко идут вразрез с качеством транспортного обслуживания (скорость и надёжность доставки). Ориентация на то, чтобы выдержать жесткие нормы состава грузовых поездов, делает время накопления вагонов труднопредсказуемой величиной, зависящей от множества факторов. В этих условиях невозможно обеспечить своевременную доставку грузов к заданному сроку.
В связи с этим актуальной становится задача сокращения времени нахождения вагона под накоплением и на сортировочной станции ЖД в целом. Это позволит повысить нагрузку вагона, снизить время доставки грузов и увеличить конкурентоспособность железнодорожного транспорта по сравнению с автомобильным в сфере перевозок контейнеров и мелких отправок.
Анализ технологии работы сортировочной станции выявил основные факторы, влияющие на время нахождения вагона под накоплением и на сортировочной станции в целом:
- время ожидания «нужных» вагонов;
- время расформирования состава;
- время формирования состава;
- время ожидания нитки графика для отправления состава со станции;
Наиболее значимой составляющей является время ожидания «нужных» вагонов. Для его сокращения необходимо обеспечить разборку железнодорожных составов таким образом, чтобы высвобождение вагонов из-под накопления было максимальным. С целью уменьшить время простоя поездов в ожидании отправления можно осуществлять разборку поездов на сортировочной станции таким образом, чтобы вагоны, высвобожденные из-под накопления, были сформированы в составы и сразу отправлены - т. е. сделать привязку к графику грузового движения поездов (в данной статье привязка к графику движения рассматриваться не будет).
В настоящее время маневровый диспетчер (ДСЦ) самостоятельно принимает решение
о порядке формирования (расформирования) поездов на сортировочной станции, опираясь на общую картину полигона и свой опыт работы в данной области. Таким образом, оптимальность работы сортировочной станции зависит от «опытности» ДСЦ. Решение данной оптимизационной задачи является резервом повышения эффективности работы сортировочной станции, её экономической эффективности и экономической эффективности всего перевозочного процесса в целом. Возможность автоматизации данного процесса сводится:
- к построению модели для решения данной задачи;
- выбору методов решения;
Задача может быть решена с помощью поисковых алгоритмов и алгоритмов на графах, как и большинство задач, связанных с оптимизаций технологического процесса.
Постановка задачи
Задача о порядке роспуска составов на сортировочной станции формализуется следующим образом: «На станции и в подходе имеется N поездов, идущих в расформирование. В каком порядке следует расформировать поезда, чтобы работа сортировочной станции была оптимальной?». Цель решения - свести к минимуму суммарный простой вагонов, находящихся как под накоплением, так и в поездах, ожидающих расформирования. Задача является КР-полной и может быть сведена к задаче коммивояжёра, где города заменены поездами, а расстояния между ними есть условные затраты (простой вагонов) [1].
(ф) ° Е{Л(ф(/), ф(/ + 1))}®шт.
В процессе роспуска составов с горки на путях сортировочного парка накапливаются вагоны, предназначенные для формирования составов. Процесс ожидания образования составов поездов называется процессом накопления. Состав поезда должен соответствовать нормам массы и длины в условных вагонах - только в этом случае происходит формирование поезда в соответствии с планом формирования.
Следует заметить, что поезда могут быть расформированы только тогда, когда прибудут на станцию. Таким образом, на время до прибытия этих поездов начисляется простой на вагоны под накоплением, а также на поезда, находящиеся на станции в ожидании расформирования. Поезда, идущие в регулировку, расформировываются вне очереди. При решении задачи следует учитывать не все поезда, а только те, которые попадают в запланированный временной интервал.
Наличие вагонов под накоплением также накладывает свои специфические особенности на решение задачи. В случае отсутствия накопления задачу можно было бы решать уже на данном этапе, но поскольку на практике вагоны под накоплением всё же есть, их следует учесть при минимизации суммарного простоя. Следует также отметить, что после роспуска очередного состава количество вагонов, находящихся под накоплением, изменяется:
V1+1 = (V1 + +1) - +1,
где V1 - количество вагонов под накоплением после расформирования 1 составов; V1+1 - количество вагонов под накоплением после расформирования состава 1 + 1; У^+1 - количество вагонов, освобождённых в результате расформирования 1 + 1 состава; VSJ+1 - количество вагонов, изъятых из-под накопления для формирования нового состава.
Следует заметить, что V0 Ф 0. Вагоны в поездах, ожидающих роспуска, обозначим как Угр .
1
о зыт Х""' О 1 ~ ~
0 = > о - суммарный простой вагонов на период планирования, где 1 - номер ин-
0
тервала 0 £ ] £ / +1 от начала действия плана до его завершения.
1 = V (грг - ) + Ур (грг - ) - простой вагоно-часов в 1-й интервал, где грг - время
постановки под накопление, или нижняя граница текущего интервала; - время формирова-
ния поезда, или верхняя граница текущего интервала; грг - время прибытия вагонов на станцию в ожидании расформирован, или нижняя граница текущего интервала; ггш - время расформирования поезда, или верхняя граница текущего интервала.
Необходимо также отметить тот факт, что количество вагонов под накоплением может меняться ввиду осуществления грузовой работы сортировочной станции. Так, например, вагоны из-под погрузки, выгрузки и ремонта могут переходить под накопление, следовательно, это необходимо учитывать при решении данной задачи. Однако в настоящее время для данной постановки задачи формализованного алгоритма нет.
Задача минимизации простоя может оказаться намного сложней, если учитывать в расчётах доставку скоропортящихся грузов, т. е. приносить в «жертву» простой вагонов с целью своевременной доставки скоропортящихся грузов. Можно найти баланс между простоем и доставкой скоропортящихся грузов и в зависимости от этого расставлять приоритеты. Это, в свою очередь, позволит поднять качество обслуживания, а также избежать штрафов за несвоевременную доставку грузов. Это наиболее актуально при доставке скоропортящихся грузов - время их доставки много меньше, чем время доставки обычных грузов или порожних вагонов.
Согласно правилу перевозок, за просрочку доставки грузов или порожних вагонов, контейнеров, не принадлежащих перевозчику, он уплачивает пени в размере 9 % платы за перевозку грузов, доставку каждого порожнего вагона, контейнера за каждые сутки просрочки, но не более чем в размере платы за перевозку данных грузов [2].
Данная задача с ограничением может быть формализована и решена аналогичными методами, предлагаемыми для решения задачи об определении порядка роспуска поездов на сортировочной станции. Преимущество использования поисковых алгоритмов с этой точки зрения очевидно, поскольку они позволяют накладывать различные ограничения. Для эвристических алгоритмов это не всегда возможно, но в случае учёта скоропортящихся грузов это легко организовать, т. к. ограничение есть не что иное, как коэффициент, задающий баланс при расчёте целевой функции.
Особенности исследования сформированной модели
Предлагаемая модель предназначена для автоматизации управленческой деятельности оперативно-диспетчерского персонала в рамках автоматизированной системы управления в процессе управления поездной работой на конкретной сортировочной системе.
Целесообразность решения задачи обусловливается высокими требованиями к достоверности и оперативности получения информации, а также необходимостью сокращения объема ручной работы.
Основная функция задачи - определение рационального варианта формирования поездов, а также сроков выполнения операций технологического процесса по обеспечению формирования поездов. Текущий план очередности роспуска поездов для станции целесообразно разрабатывать на планируемый период.
Расчет и оценка вариантов формирования будут производиться по текущим расходам с использованием дифференцированных динамических оценок каждого состава, определяемых как сумма динамических оценок включенных в него вагонов.
В качестве исходной информации для решения задачи «Определение очередности роспуска поездов на сортировочной железнодорожной станции» используется информация о наличии поездов и групп вагонов на станциях, а также прогноз прибытия поездов на станцию. Расчет прогноза прибытия поездов вычисляется как плановое время прибытия всех грузовых поездов. Из плана автоматически будем исключать поезда:
- с номером, начинающимся на 5ххх, и количеством вагонов меньшим 20;
- с одинаковыми первыми двумя цифрами номера станции формирования и назначения в индексе;
- с номером станции формирования в индексе меньшим 0099;
- с номером станции назначения в индексе меньшим 0020.
Заключение
Предлагаемая формализованная постановка задачи «Определение очередности роспуска поездов на сортировочнй железнодорожной станции» позволяет решить ее с помощью переборных или поисковых алгоритмов, таких как алгоритм полного перебора, генетический алгоритм или алгоритм колонии муравьев. Для данной формализованной постановки задачи допускается наложение ограничений, а также учёт «приоритетов». Ее решение позволит повысить эффективность управления поездной работой за счет:
- повышения оперативности и качества управления перевозками;
- оптимизации процесса составообразования;
- снижения эксплуатационных расходов;
- повышения производительности труда оперативно-диспетчерского персонала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курейчик В. М. Применение генетических алгоритмов для решения комбинаторно-логических задач оптимизации // Интеллектуальные САПР: Междуведом. темат. науч. сб. - Вып. 5. - Таганрог, 1995. -
С. 132-133.
2. Устав железнодорожного транспорта Российской Федерации. - М., 2003. - 40 с.
Статья поступила в редакцию 1.12.2006
TASK MODEL: SETTING OF THE ORDER TRAINS DELIVERANCE AT A SORTING RAILWAY STATION
V. O. Boroznov
The analysis of the technology of work of a sorting station has revealed major factors influencing staying time of a railway car at accumulation and at a sorting station on the whole. The most important component is the expectation of the "necessary" railway cars. Thus, to reduce it, it is necessary to provide sorting out of trains in such a manner that the deliverance of cars from accumulation would be maximal. Formalized target setting, its place in transportation process is considered in the paper. The given mathematical model allows to solve the task with the help of full scan or search algorithms, such as the algorithm of full scan, the genetic algorithm or the algorithm of ant colony system. For the given formalized target setting it is possible to impose restrictions and take into account "the priorities". The general description of the account at the construction of a model of delivery of perishable cargoes is resulted. The author of the paper offers to sacrifice a simple car in order to deliver perishable cargoes in time. Some aspects of the realization of this task are considered there.
