CC BY
21
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УШВЕРСИТЕТУ
2001р.
Вип.№11
УДК 625:502
Парунакян В.Э.1, Гусев Ю.В.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ РЕМОНТОМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА
Рассмотрены вопросы применения сетевых моделей и метода статистических испытаний для планирования и управления процессами, которые имеют малую длительность, и зависят от большого числа случайных воздействий
Устойчивая и ритмичная работа железнодорожного транспорта по обеспечению производственного процесса металлургических и горнорудных предприятий возможна только при стабильном состоянии рельсового пути. Поэтому одной из важнейших задач предприятий является поддержание технического состояния железнодорожных путей на уровне производственных требований. Ремонт железнодорожных путей в условиях действующего производства представляет собой сложный процесс, зависящий от большого числа факторов. Он включает путевые ремонтные подразделения, использующие до 10 - 12 единиц путевой техники, соисполнителей из других транспортных служб, обеспечивающих перерывы в движении поездов и подачу машин, отключение напряжения в контактной сети, устройств автоматики и телемеханики, а также производственные и вспомогательные цехи, увязывающие организацию ремонта с работой производственных агрегатов. От слаженной и эффективной работы всех исполнителей зависит величина издержек понесенных транспортом и основным производством.
Как организационная система, процесс ремонта железнодорожного пути функционирует в условиях вероятностного характера промышленного производства. На ход ремонтных работ постоянно воздействуют различные случайные факторы, которые имеют весьма многообразную природу. Их трудно предвидеть и оценить, однако все они в различной мере объективно обусловливают отклонение хода работ от ранее запланированного. Данное положение определяет вероятностный характер и самих процессов ремонтно-путевых работ.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о важности планирования и управления работами на отдельном ремонтируемом участке пути, на объекте (совокупность таких участков), а также в течение всего ремонтного сезона. Ясно также, что количественная оценка отклонений фактических параметров работ (продолжительности и затрат ресурсов) от запланированных и умение предсказать такие отклонения в результате совокупного воздействия случайных факторов позволяет уверенно управлять вероятностным процессом ремонта и текущего обслуживания пути.
Применяемые методы планирования и управления организацией капитального ремонта и другими видами путевых работ в сложных и специфических условиях промышленного транспорта характеризуются низким уровнем и не удовлетворяют предъявляемым к ним производственным требованиям. Исследованиями установлено, что существенное повышение уровня организации рассматриваемых работ возможно только с применением такой производственной модели, которая бы тождественно отражала процесс и ее анализ был бы достаточно прост [1]. Такая модель должна быть различной для разных периодов и уровней руководства. Но как бы ни были различны условия применения модели, она должна удовлетворять следующим общим требованиям:
1 ПГТУ, канд. техн. наук, профессор
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доценг
2) отражать динамику процесса и возможные отклонения показателей (продолжительности, трудоемкости работ и др.) от плановых значений;
3) отражать влияние отдельных отклонений на дальнейший ход процесса и его конечные результаты;
4) отображаться в математических символах с целью применения математических методов и вычислительной техники для анализа процесса и корректировки плана.
Чтобы решить вопрос о выборе надежной производственной модели, необходимо рассмотреть характерные особенности и условия выполнения путевых работ. Последние заключаются в том, что ремонт железнодорожных путей любого объекта (станции, перегона; технологического района и др.) представляет собой ряд непрерывно повторяющихся законченных производственных циклов работ. Они выполняются последовательно на смежных фронтах протяженностью от 0,1 — 0,2 до 0,8—1,0 км, как правило, с прекращением движения поездов в специально выделяемые «окна» продолжительностью от 1 — 2 до 10 — 12 часов. При капитальном ремонте комплекс основных работ, куда входят замена верхнего строения и, восстановление железнодорожного пути до технического уровня, обеспечивающего пуск его в эксплуатацию, производится в основные «окна», а выправочно-подбивочные и отделочные работы — под прикрытием последних.
Число производственных циклов, выполняемых на объекте, зависит от продолжительности «окон», применяемой технологической схемы работ и выработки комплекта машин. Следовательно, несмотря на достаточно большую общую продолжительность ремонта железнодорожных путей по объекту, составляющую в целом не менее 12 — 15 дней, он представляет собой сумму законченных производственных циклов продолжительностью 2 — 3 дня.
При этом комплекс работ может выполняться по поточной технологии, когда работы ведутся параллельно на одном фронте, по раздельной - когда начало работы увязано с завершением предыдущей, или по поточно-раздельной технологии, при последовательном осуществлении нескольких групп операций объединенных в поток.
Специфичным для путевых работ является тот факт, что железнодорожный путь - это одновременно и объект ремонта и часть обслуживающего комплекса, по которому перемещается путевая техника. В следствии этого, железнодорожный путь, на котором ведутся работы, фактически разбит на зоны занятые бригадами рабочих и путевыми машинами на каждой i-й операции (Li); технологические разрыв и интервалы безопасности перед каждой i-й операцией (ALi). Протяженность Lj. определяется, как правило, только от типа применяемой путевой машины или численности бригады рабочих, но для отдельных операций (дозировка щебня, снятие и укладка звеньев путеукладчиком) зависит и от протяженности ремонтируемого пути.
В общем случае
Ц - L-on5t + ■ Ьфр, (1)
где Li"'""1 - постоянная составляющая протяженности;
ri - коэффициент определяющий длину состава, на котором размещаются
заменяемые материалы (рельсошпальная решетка, балласт); Ьфр - протяженность фронта работ.
Указанная особенность выполнения путевых работ предопределяет еще два важных обстоятельства. Во-первых, реализация собственного темпа на отдельной операции возможно только в том случае, если он: не выше темпа предыдущей операции. И это условие должно соблюдаться до момента завершения сдерживающей операции. Во вторых, по завершению работы путевая техника должна покинуть ремонтируемый путь и освободить его для выполнения следующей работы.
Традиционно планирование и управление организацией путевых работ на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью линейных графиков и циклограмм.
Эти графические модели недостаточно полно отражают динамику процесса и возможные отклонения от плановой продолжительности. При значительных отклонениях продолжительности работ от нормативной циклограмма и линейный график, построенные в масштабе времени, становятся непригодными и должны быть перестроены. Внедрение компьютерных технологий позволило существенно упростить пересчет и построение таких графиков. Это может быть реализовано с использованием табличного процессора Excel в соответствии с про-
ч
стым алгоритмом, позволяющим рассчитать начало и окончание каждой операции, а также отразить в виде графической модели.
На магистральных железных дорогах за рубежом (ФРГ, ПНР и др.) для планирования и управления ремонтно-путевыми работами используются сетевые графики. Проводится такая работа и на промышленном железнодорожном транспорте [2].
На Магнитогорском металлургическом комбинате была осуществлена промышленная проверка системы сетевого планирования и управления капитальным ремонтом пути. Она подтвердила эффективность и целесообразность широкого использования сетевых методов на ре-монтно-путевых работах. Одновременно было установлено, что максимальный эффект применения метода сетевого планирования и управления обеспечивается только при условии всестороннего учета специфических особенностей и условий ведения капитального ремонта пути в условиях промышленного транспорта.
Для организации промышленных испытаний сетевая модель производственного процесса ремонта пути, в зависимости от охватываемого периода работ и уровня руководства, составлялась с различной степенью детализации. При этом директивный срок выполнения работ по каждому ремонтируемому участку пути и объекту в целом определялся исходя из требования бесперебойного обеспечения действующего производства и имеющихся трудовых и материальных ресурсов.
Ремонт отдельного элемента объекта путевой схемы (в данном случае станционного пути или группы путей, части перегона, тупика технологического района и др.) моделировался в виде первичного сетевого графика. Он детально охватывал операции всех исполнителей, базировался на нормативных показателях и по времени ограничивался периодом 3-5 дней. Первичные сетевые графики предназначались для руководства на уровне ответственных исполнителей работ.
Производственный процесс капитального ремонта объекта в целом (станции, перегона, технологического района и др.) моделировался в виде локального сетевого графика. Последний сшивался из нескольких (обычно 3-6) первичных графиков, содержал операции в более укрупненном виде (работы) и характеризовался продолжительностью ремонтного периода от 5-10 до 15-25 дней. Локальные (объектные) сетевые графики предназначались для руководства на уровне руководителей цехов управления железнодорожного транспорта комбината.
Капитальный ремонт железнодорожных путей на годовой объем работ моделировался в виде укрупненного (комплексного) сетевого графика, последний сшивался из нескольких (по числу ремонтируемых объектов) локальных графиков, содержал уже укрупненные работы и представлял собой комплексный технико-экономический и организационный план капитального ремонта железнодорожных путей на год. Укрупненный сетевой график предназначался для руководства на уровне руководителей управления железнодорожного транспорта комбината.
Следовательно, с точв:и зрения планирования ремонтно-путевых работ сетевые модели в полной мере удовлетворяют требованиям производства. Однако, как уже отмечалось, производственный процесс ремонта железнодорожных путей промышленных предприятий скоротечен и подвержен весьма частым воздействиям случайных факторов технического, технологического, организационного и другого характера, приводящим к отклонениям от запланированного хода работ.
В этой связи возникает необходимость осуществления постоянного управления производственным процессом за счет периодической корректировки сетевых графиков с целью обеспечения такого хода ремонтных работ, при котором будут выполнены плановые показатели. Однако, промышленная проверка показала, что сетевые графики с принятыми исходными показателями не обладают достаточным уровнем надежности и не могут явиться основой для управления ходом ремонта.
Данное положение обусловливается следующим. Сроки выполнения операций первичных сетевых моделей, принятые по нормативным (детерминированным) показателям, не учитывают вероятностного характера производственного процесса и уже после нескольких сбоев, возникающих в ходе ремонта, нарушаются и теряют свое значение как плановые показатели. Корректировка же первичного сетевого графика, включающая несколько этапов работ длительностью 3-6 часов каждый (сбор информации о ходе работ, выработка новых решений, расчет улучшенного плана и доведение его показателей до исполнителей), занимает в среднем 1,5-2 дня. Следовательно, ограниченный срок выполнения работ отдельного цикла ремонта (состав-
ляющий 3-5 дней) практически исключает возможность корректировки первичных сетевых графиков.
Локальный сетевой график охватывает обычно период, которого уже достаточно для осуществления нескольких (1-3) корректировок при отклонениях от запланированного хода работ. Однако в рассматриваемом случае, когда каждый первичный график, входящий в локальный, требовал корректировки, общее их число соответствовало числу первичных графиков (не менее 5-6) и превышало корректировочные возможности локального графика.
В рассматриваемых условиях возможность управления ходом выполнения капитального ремонта сохраняется лишь на уровне комплексного (укрупненного) сетевого графика, т.е. практически только несколько раз за весь период ремонтных работ. Этого оказывается совершенно недостаточно для эффективного управления текущим ходом работ, т.е., для оперативного управления.
Из вышеизложенного достаточно очевидно, что сложившееся положение не является недостатком самого метода сетевого моделирования, а связано лишь с необходимостью обеспечения модели достоверной исходной информацией.
Проведенный анализ зарубежных и отечественных данных показывает, что сетевые графики считаются лучшей моделью для отображения вероятностных производственных процессов со всеми технологическими и организационными взаимосвязями между их элементами.
Таким образом, сетевые графики в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к математической модели производственного процесса, и их целесообразно широко использовать для планирования и управления ремонтно-путевыми работами. В зависимости от конкретных условий применяются различные типы сетевых моделей, отличающиеся составом информации о комплексе работ. Выбор того или иного типа модели является результатом компромиссного решения, учитывающего противоречивые требования тождественности модели и объекта, с одной стороны, и простоты модели -- с другой.
Вместе с этим, возникла задача разработки и проверки для условий выполнения путевых работ методов формирования параметров модели и расчета временных показателей для всех уровней планирования и управления: комплексной модели - на весь объем ремонта; локальной модели - на ремонт объекта; первичной модели - на ремонт отдельного элемента путевой схемы.
Как показала промышленная проверка, более подходящей моделью процесса ремонта пути в сложных условиях является вероятностная временная модель с детерминированной сетью (сокращенно - модель ВВ (д)).
Исходная информация такой модели содержит: сеть, отражающую технологию и организацию работ; функции распределен^,¡(Оодолжительностей всех работ сети; срок начала комплекса работ.
В настоящее время разработано несколько методов анализа и расчета вероятностных сетевых моделей [3]. Наиболее часто применяется метод усреднения. Суть его состоит в том, что для вычисления параметров вероятностной сетевой модели используются математическое ожидание и дисперсия продолжительности каждой работы, величина которых находится по формулам:
^ = + 2^:|К)/5; Б = - 1:т1п)2/25, (2)
где 1: - математическое ожидание продолжительности работы;
Б - дисперсия продолжительности работы;
^п, Ьтдх - оптимистическая и пессимистическая оценки продолжительности работы.
Полученные таким образом 1: для всех работ сетевой модели используются при расчете основных параметров сети взамен нормативных длительностей продолжительности работ. Однако метод усреднения неточен: определение ожидаемой продолжительности комплекса работ как суммы ожидаемой продолжительности критических работ мало доверительно, так исключается возможность превращения некритических работ в критические; во-вторых, неправильным является предположение о том, что ожидаемая продолжительность работ всего комплекса - случайная величина с нормальным законом распределения, в то время как применение метода основано на этом допущении.
Анализ показал, что результаты расчетов по этому методу могут содержать ошибку до 25%, поэтому метод усреднения обычно применяют только для приближенной оценки вероятностных производственных процессов.
При исследовании вероятностных процессов все шире применяют метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). Он требует довольно большого количества вычислений, зато свободен от систематической ошибки и громоздкости, сравнительно просто реализуется на ЭВМ и позволяет получить искомую оценку с заданной степенью точности [3].
Исходная информация о функциях распределения продолжительности работ или об отдельных числовых характеристиках этих функций может быть получена на основе обработки статистических данных, с помощью экспертных оценок или путем моделирования процесса выполнения отдельных работ.
Для того, чтобы вероятностные характеристики параметров работ отражали действительное влияние случайных факгоров на выполнение этих работ, они должны быть рассчитаны на основе статистических данных о фактическом выполнении работ.
Полученные непосредственно в результате хронометражей или вычисленные из длительности работы на участке и известной его протяженности, п значений продолжительности i-той операции на одном звене - ti:, ti2, ..., tir, •- подвергаются математической обработке. Определяются предельные значения продолжительности операции, т.е. ее минимальная и максимальная величины, по следующим формулам:
где 1:Ср - среднее вероятное значение продолжительности 1;; о - квадратичное отклонение этого значения. Аналогично могут быть определены предельные значения потребления ресурсов - q]
Ввиду того, что предельных значений продолжительности работы и потребления ресурсов еще недостаточно для проведения статистических испытаний, надо установить закон распределения вероятностей наступления значений продолжительности и затрат ресурсов в интервалах (tminj tmax) И (qmjnr gmax).
В сетевом планировании для характеристики вероятностных значений продолжительности и трудоемкости используется несколько законов распределения: нормальное, логарифмиче-ски-нормальное, бета-распределение, гамма-распределение и др. Для рассматриваемых процессов наиболее приемлемо бета-распределение, плотность которого f(t)i определяется формулой:
После того как определены вероятностные характеристики всех работ сетевой модели, становится возможным методом статистических испытаний найти среднее вероятное значение продолжительности моделируемого процесса - Т, среднеквадратичное отклонение ст(Т), а также среднее вероятное значение и среднеквадратичное отклонение затрат ресурсов на весь комплекс работ. Расчеты этих величин проводятся для некоторых конкретных условий ведения работ и в определенном порядке.
Прежде всего по известным алгоритмам задаются значения продолжительности и затрат ресурсов по каждой работе, основанные на вероятностных характеристиках этой работы, т. е. на том, с какой плотностью распределено случайное значение продолжительности и затрат ресурсов и на каком интервале предельных значений. Затем, рассчитав сетевую модель при заданных таким образом временных параметрах величине потребляемых ресурсов по каждой работе, получим значение общей продолжительности и затрат ресурсов.
Повторив такую процед}фу несколько раз (не менее 10, получим два ряда значений TI И Qi, по которым можно определить средние вероятные значения продолжительности и затрат ресурсов.
Таким образом, для любого многообразия условий ремонта пути с высокой надежностью определяется ожидаемая продолжительность работ и их трудоемкость. Составленный предложенным методом оперативный план ремонта перегона Куйбас - Рудная (Магнитогорский металлургический комбинат) показал, что несмотря на отклонения сменной выработки от плановых значений, достигающие 100 - 150 м (12-14 %), общий директивный срок не был нарушен и работы завершились за 12 суток, в полном соответствии с расчетным значением [1].
(3)
(4).
и qmax.
(5)
Опыт применения метода сетевого планирования на путевых работах показал хорошие результаты при управлении сложными и продолжительными комплексами работ. В тоже время управление путевыми работами на участке пути или в «окно» не может осуществляться в процессе их выполнения, из-за скоротечности последних. В этих условий модель производственного процесса необходима для предварительной отработки надежного графика выполнения всех операций.
Дальнейшее развитие методов планирования и управления путевыми работами с применением сетевых моделей и их практическая реализация были обусловлены возможностью использования новых компьютерных технологий. В первую очередь это касается первичной модели, отражающей производственный процесс ремонта отдельного элемента путевой схемы (пути, участка перегона, стрелочного перевода). Ремонт осуществляется в течение одной или двух смен с закрытием пути для движения (в «окно»).
Наиболее часто применяется следующая модель расчета длительности путевых работ в «окно» [ 4]
T = tp;tJ + t^ + tCB + to6Mi (6)
где tpsa, tBeA. tcS - продолжительность развертывания, ведущей операции и свертывания; to6M - суммарное время на выход машин из ту пика
t_=60.e-ybLl^b=L; (7)
раз ул. .
i * вед N
ALi - технологический разрыв и интервал безопасности перед i-й операцией, м; Пцзд - производительность ведущей операции, м/ч;
ki - коэффициент, равный отношению производительности i-й операции к ведущей; а - коэффициент, учитывающий время чистой работы машины в смену: Li - протяженность пути занятого бригадой рабочих и путевой машиной на i-й операции, м; Ъфр - протяженность фронта работ, м.
hz.-, (»)
вод
.^,60 .„.^Ь^Ь.; (9)
^=0.12.П.Ье1Ь- , (Ю)
п - количество перерывов в работе, необходимых для выхода комплекта машин из тупика,
маневров на станции и возврата; Ьщот - расстояние от ремонтируемого пути до станции, м; Уср - средняя скорость движения, км/ч.
Наряду с моделями прямого счета могут использоваться и описанные выше линейные и сетевые модели. Сравнение этих моделей показало, что расчеты, выполненные по каждой из рассмотренных моделей для путей различной протяженности (от 50 м до 3 км), дали различные результаты. В 20-25 % случаев значения, полученные по разным расчетным моделям, отличаются на 3-5 %, что для инженерных расчетов является вполне допустимым. Однако, при выполнении теоретических исследований, обосновании технических, технологических и организационных решений необходимо иметь модель, не допускающую таких погрешностей и адекватно отражающую процессы ремонта и обслуживания пути. Блок-схема модели приведена на рисунке.
Значительно повышается эффективность управления ходом ремонта на всех указанных уровнях. Так как первичные графики имеют достаточно надежные показатели, то, несмотря на малую продолжительность работ по ремонту отдельного участка, управление на этом уровне осуществляется путем контроля и регулирования текущего хода работ ответственными исполнителями.
Рис.- Блок-схема расчета продолжительности комплекса ремонтно-путевых работ
Повышение надежности первичных графиков настолько велико, что за двухнедельный период (срок выполнения работ по объекту при 3-5 ремонтируемых участках пути) возникающие сбои становятся чрезвычайно редкими, и становится возможным использовать локальный сетевой график не только для отражения хода работ, но и для поиска оптимальных решений, обеспечивающих при сбое ликвидацию угрозы срыва директивных сроков. Указанная работа осуществляется на уровне руководителей цехов управления железнодорожного транспорта, участвующих в ремонте.
В процессе проведения капитального ремонта может появиться необходимость замены одного объекта другим, увеличения или сокращения объема работ на объекте или изменения директивных сроков. Указанные факторы повлекут за собой внесение изменений в комплексный сетевой график путевых работ. Расчет нового графика и его оптимизация производятся до тех пор, пока не будет найден удовлетворяющий всех исполнителей вариант дальнейшего хода работ, который утверждается руководством в качестве нового планового документа.
Выводы
На основании вышеизложенного, можно сделать следующие выводы.
1. Сетевые модели являютсянаиболее надежным инструментом планирования и управления и их целесообразно использовать в качестве основы для повышения эффективности ведения путевых работ.
2. Планирование и управление ремонтом железнодорожных путей промышленных предприятий имеет три уровня и соответствующих им модели производственного процесса: выполнение всего объема ремонта - ремонтный сезон; выполнение работ на объекте - 10.15 дней; выполнение работ на элементе путевой схемы - до 8... 10 часов.
3. В качестве комплексной и локальной модели наиболее приемлемой является детерминированная сетевая модель, а первичной - алгоритм реализации во времени поточной технологии работ в «окно».
4. В качестве базовых (исходных) показателей моделей более высокого уровня принимаются общие (итоговые) показатели моделей низшего уровня. Основным инструментом получения надежных плановых показателей производственного процесса на всех уровнях является метод статистического моделирования.
5. Предложенный современный алгоритм расчета первичной модели и методика в целом позволяют существенно повысить эффективность планирования и управления и могут быть положены в основу автоматизированной системы оперативного управления.
Перечень ссылок
1. Марфин М.А., Парунакян В.Э., Гусев Ю. В. Сетевые графики при ремонте путей. //Промышленный транспорт. -1978. -№ 4. - С. 12-13.
2 . Парунакян В.Э., Мокрушин Т.П., Гусев Ю.В. Методы планирования ремонтно-путевыхра-
бот и оперативного управления ходом их выполнения./Ин-т «Черметинфориация», сер. «Промышленный транспорт». -1985. - Вып.2. - 28с.
3 . Тихомиров В. П., Налигаев ВН. Сетевое планирование и управление при ремонте железно-
дорожного пути. -М.: Транспорт, 1983. - 215с. 4. Путь и путевое хозяйство промышленных железных дорог. /В.Ф.Яковлев, Б.А.Евдокимов, В.Э.Парунакян, А.Н.Перцев; Под ред. В.Ф.Яковлева. -М., Транспорт, 1990. - 341с.
Парунакян Владимир Эмильевич. Канд. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Промышленный транспорт», окончил Харьковский горный институт в 1952 году. Основные направления научных исследований - совершенствование системы и снижение затрат на эксплуатацию и ремонт технических средств промышленного железнодорожного транспорта и система управления железнодорожным транспортом промпредприятий.
Гусев Юрий Вячеславович. Канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленный транспорт», окончил Челябинский госпединститут в 1970 году. Основные направления научных исследований - автоматизация управления транспортом предприятий.
Статья поступила 27.03.2001.
