CC BY
122
96
Проблематика транспортных систем
УДК 625.173.1
В. П. Бельтюков, П. С. Рыгозов
ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ПУТЕВЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Существующая на сегодняшний день система планирования путевых работ не является оптимальной. Предлагается осуществлять планирование путевых работ, используя общие закономерности изменения состояния пути с учетом грузонапряженности, пропущенного тоннажа и с течением времени, что позволит выявить оптимальный вариант, при котором сумма затрат на ремонты пути и затрат на текущее содержание пути вместе с другими дополнительными затратами, связанными с состоянием пути, будет минимальна. Но вариант минимизации затрат на содержание пути на одном участке не всегда является оптимальным в масштабах общего протяжения пути. Поэтому решение задачи оптимального распределения ремонтов между несколькими участками можно осуществить с использованием метода линейного программирования.
планирование путевых работ, путевое хозяйство, ремонт пути, путь, срок службы. Введение
Путевое хозяйство - это одна из основных отраслей железнодорожного транспорта. К путевому хозяйству относится более половины основных фондов железных дорог, на него приходится 20-25 % их эксплуатационных расходов. Низкий уровень производительности труда при высоком уровне эксплуатационных расходов требует реорганизации путевого хозяйства. Поэтому эффективное управление работой путевого комплекса является одной из важнейших задач.
Основные проблемы, которые решаются в управлении путевым хозяйством, - это определение наиболее целесообразного соотношения между объемами работ по текущему содержанию и ремонтам пути, установление оптимальной периодичности ремонтов пути (в том числе количества и сроков промежуточных ремонтов в межремонтном цикле), а также оптимального распределения объемов ремонтов между участками, направлениями и по времени. Совокупность решения этих проблем - это оптимизация системы содержания железнодорожного пути. Правильно принятые решения по любой из этого комплекса проблем позволяют значительно снизить расходы в путевом хозяйстве.
Накопленный огромный материал по фактическому состоянию пути не используется для прогнозирования состояния пути и планирования путевых работ. Таким образом, актуальность исследований определяется необходимостью повышения эффективности ведения путевого хозяйства в изменившихся условиях, с применением современных информационных технологий.
2006/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
97
1 Существующая система планирования путевых работ
В настоящее время межремонтные сроки регламентируются Техническими условиями на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути (ЦПТ-53).
Согласно ТУ, предусмотрено два вида планирования ремонтов пути: перспективное и текущее.
Перспективное планирование ремонтов пути производится на 5-6 лет вперед, на основании нормативов межремонтного тоннажа, межремонтных схем, в зависимости от класса пути.
На основе межремонтного тоннажа определяется ежегодная общая потребность в путевых работах (по ПЧ, НОД, дороге, сети).
Текущее планирование производится на предстоящий год исходя из фактического состояния пути, по результатам осеннего осмотра пути, по результатам проверок пути диагностическими средствами, с учетом класса пути, пропущенного тоннажа и т. д. При этом определяются конкретные сроки и места проведения путевых работ. Для назначения ремонтов пути на конкретных километрах используются определенные критерии [1].
Но в этих ТУ предусмотрено планирование путевых работ по очень ограниченному набору критериев и без учета истории процесса работы пути. Кроме того, постоянно меняющиеся конструкция и условия эксплуатации пути приводят к тому, что нормативные документы не успевают изменяться вслед за ними. Для значительного протяжения пути либо не разработаны нормативы по ведению путевого хозяйства, либо определенные ранее нормативы не отвечают новым условиям эксплуатации. То есть необходимо решение с учетом гораздо большего числа факторов, в том числе изменения состояния пути во времени. Кроме того, из-за ограниченности ресурсов нормативные межремонтные сроки, предусмотренные названными выше Техническими условиями на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути, не всегда выполняются.
2 Модель работы пути в зависимости от времени
Весь период эксплуатации пути можно разделить на три этапа (рисунок 2.1). Первый этап - стабилизация пути после ремонта; объемы работ постепенно уменьшаются. Второй этап - нормальная эксплуатация пути. В этот период объемы работ, расходы на содержание пути и балльность изменяются незначительно. Третий этап - ухудшение состояния пути. На этом этапе начинается резкий рост объемов работ, расходов на текущее содержание пути и балльности.
В основу технико-экономической модели работы железнодорожного пути положена сложная зависимость расходов, связанных с состоянием пути, от времени. Зависимость имеет вид гиперболы в период стабилизации, слабо возрастающей степенной функции в период нормальной эксплуатации и интенсивно возрастающей степенной функции в период ухудшения состояния пути. В это время максимальные объемы работ, которые могут выполнить обслужи-
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/2
98
Проблематика транспортных систем
вающие путь бригады в единицу времени, становятся меньше объемов работ по устранению неисправностей, возникающих в пути за это же время.
Приоритетность, или очередность, выполнения ремонтов по участкам определяется по величине расходов дороги, связанных с состоянием пути. Эти расходы состоят из затрат на текущее содержание пути, расходов на сопротивление движению поездов, расходов от действия предупреждений о снижении скорости и расходов на ликвидацию последствий нарушений безопасности движения поездов.
Величина расходов на содержание пути зависит от того, справляется ли персонал, занятый на текущем содержании пути, с объемом работ.
Расчетная модель изменения объемов неисправностей и объемов работ
текущего содержания пути:
t - продолжительность эксплуатации пути после капитального ремонта; Ув - объемы работ, которые могут выполнить бригады текущего содержания пути; Vt - потребные объемы работ без учета накапливающихся неисправностей; Ун - объемы накапливающихся неисправностей; tp - начало периода ухудшения состояния пути при Vt > Ув; I - период стабилиза-
ции; II - период нормальной эксплуатации; III - период ухудшения состояния пути; tр.ф —
фактический срок назначения ремонта 3 Факторы, оказывающие воздействие на путь
Все воздействия на верхнее строение пути, которые влияют на его состояние, можно подразделить на два типа. Первый тип - воздействия, зависящие от интенсивности движения поездов. В основном это динамические воздействия от подвижного состава, но возможны и другие, например загрязнение балластного слоя от перевозимых грузов. Второй тип - воздействие природных факторов, также вызывающих ухудшение пути: выветривание балласта, появление на нем растительности, гниение шпал, коррозию металла.
Эти два типа воздействий по-разному влияют на сроки службы элементов верхнего строения пути и сроки назначения ремонтов и путевых работ. Если преобладают факторы, зависящие только от интенсивности движения, то сроки службы и периодичность ремонтов ограничиваются определенной наработкой в
2006/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Проблематика транспортных систем
99
миллионах тонн пропущенного груза (максимальный технический ресурс). В действительности при высокой грузонапряженности в среднем выше и скорости движения, и осевые нагрузки, а значит и динамические нагрузки на путь. Поэтому величина максимального технического ресурса с увеличением грузонапряженности несколько сокращается, а при низкой грузонапряженности, наоборот, срок службы больше.
От действия природных факторов срок службы и периодичность работ ограничиваются определенным числом лет эксплуатации после ремонта (максимальный срок службы).
Если учесть совместное влияние этих двух типов воздействий на сокращение сроков службы, то величина срока службы или срока назначения путевых работ будет несколько меньше и максимального технического ресурса, и максимального срока службы.
В соответствии с исследованиями многих авторов [2] зависимость объемов работ текущего содержания пути может с достаточной точностью быть выражена следующей формулой:
Ут = a + btn,
где Ут — потребные объемы работ без учета накапливающихся неисправностей; t - продолжительность эксплуатации пути после последнего ремонта, лет; a, b, n - параметры, определяемые из эксплуатационных наблюдений.
Остается нерешенным вопрос определения параметров a, b и n по разным видам неисправностей для различных элементов верхнего строения пути. Для выявления данных параметров необходимо провести ряд исследований с использованием методов математической обработки статистических данных и вероятностных процессов, основанных на математических основах теорий вероятностей и надежности.
Таким образом, зная общие закономерности изменения состояния пути с пропуском определенного тоннажа и с течением времени и зависимость сроков службы и сроков назначения путевых работ от грузонапряженности на различных участках, можно прогнозировать изменение состояния пути и затрат на текущее содержание и на ремонты пути при различных вариантах распределения ремонтов.
4 Применение транспортной задачи для планирования путевых работ
Даже зная оптимальные сроки периодичности ремонтов пути, в ряде случаев невозможно ими воспользоваться из-за ограниченности тех или иных ресурсов (недостатка финансирования, отсутствия материалов верхнего строения пути, машин, производственных подразделений и др.). Следовательно, возникает задача нахождения наиболее целесообразного распределения имеющихся возможностей по ремонту пути между отдельными участками или линейными единицами. Наиболее объективным будет следующее решение задачи: оптимальным вариантом по распределению ремонтов пути между участками является такой, при котором суммарные по всем участкам затраты по содержанию
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/2
100
Проблематика транспортных систем
пути на ремонты, текущее содержание, а также дополнительные затраты из-за состояния пути будут минимальными.
Наиболее естественно при решении вопроса о распределении ремонтов пути по направлениям и годам делать технико-экономические расчеты. При этом экономическое сравнение вариантов должно основываться на данных об интенсивности накопления неисправностей пути и выбранном критерии предельного состояния, то есть состояния, когда дальнейшая эксплуатация пути без ремонта или планово-предупредительной выправки пути нецелесообразна.
В. И. Тихомиров предложил использовать метод линейного программирования для оптимизации ремонтов пути при нарушении сроков ремонта и ограниченных материальных ресурсах [3], [4]. Результатом решения задачи распределения объемов ремонтов пути будет являться оптимальный вариант распределения ремонтов пути по участкам и годам, при котором будет достигнута максимальная экономия затрат на содержание пути.
Заключение
Таким образом, предлагается следующий порядок планирования путевых работ:
анализируется фактическое состояние каждого элемента верхнего строения пути;
определяются затраты на текущее содержание верхнего строения пути при существующем фактическом состоянии пути;
по разработанной модели работы пути производится прогноз состояния каждого элемента верхнего строения пути или затрат на текущее содержание пути на каждом участке на несколько лет вперед;
определяются затраты на выполнение капитальных работ;
решается задача оптимизации распределения капитальных работ и работ по текущему содержанию пути по участкам и годам исходя из минимума суммарных затрат.
Библиографический список
1. Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути: ЦПТ-53 / ЦП МПС, 2003.
2. Шахунянц Г. М. Работа пути и расходы на его содержание // Сб. науч. тр. / МИИТ. -1976. - Вып. 491. - С. 3-67.
3. Тихомиров В. И. Научные основы совершенствования системы организации и технологии ремонта железнодорожного пути: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - М., 1987.
4. Тихомиров В.И. Планирование ремонтов пути при нарушении межремонтных сроков и ограниченных ресурсах / Всес. заочн. ин-т инж. ж.-д. трансп. - М., 1983. - 7 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС. - № 2344-яд.
УДК 656.259.12.004
2006/2
Proceedings of Petersburg Transport University
