CC BY
16
УДК 656.225
ДОЦЕНКО Ю.В., канд. техн. наук, доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
ХАРИНА А.А., аспирант (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Принятие решений поездным диспетчером при организации поездопотоков в условиях неопределенности
Dotsenko Y.V., Candidate of Technical Sciences, Docent (DRTI) Kharina A.A., Post-graduate student (DRTI)
Decision making by a train dispatcher in the organization of train flows under conditions of uncertainty
Введение
Согласно положений «Программы структурной реформы на
железнодорожном транспорте»,
утвержденной Правительством
Российской Федерации в мае 2001 года [1], и Федерального закона № 17-ФЗ от 10 января 2003 года «О железнодорожном транспорте в Российской Федерации» [2]
независимым грузовым компаниям-операторам стал обеспечен доступ к инфраструктуре федерального
железнодорожного транспорта, что позволило им приватизировать большую часть вагонного парка. Положительным в этой ситуации видится не только пополнение
I I! II II II II : ! 111:111111:111 11 11 11 III 1:11 111 I : I: I: II1: 11 11 1:1 II 111:1111111111 I 1:111 II II : I <35%} | |: | || д
и^мШгн НННЩишШп ИНННШм Х
Рис. 1. Динамика индексации тарифов РЖД и ставок операторов (аренда полувагонов) 2008-2021 гг.
вагонного парка за счет частных компаний, но и привлечение инвестиций для его обновления. Также согласно [3] с декабря 2007 года тарифы ОАО «РЖД» выросли в 2,7 раз, а ставки операторов на 76%, однако, если бы вагоны не принадлежали частным компаниям и индексировались на том же уровне, что и все остальные тарифы РЖД, грузоотправитель платил на 76,8% больше.
Так, несмотря на то, что ставки за пользование вагонов росли, в долгосрочной перспективе
конкурентная среда этот рост значительно снизила (рис. 1), а также стала регулировать его в зависимости от спроса.
Это позволило компании стать более клиентоориентированной в сфере услуг перевозки грузов.
Положительный эффект от перехода железных дорог на рыночную экономику отмечается и в других странах.
В странах ЕС на 2018 г. действовало 1082 компании-операторов, что составляло 42% на рынке железнодорожных грузовых перевозок, при этом объем грузовых перевозок с 2015 по 2018 рос на 4,1 % ежегодно [4].
В США железные дороги всегда были и остаются частными компаниями, владеющими как инфраструктурой, так и перевозочным бизнесом. Государство в основном устанавливает требования к
безопасности, частично субсидирует пассажирские перевозки, регулирует тарифы (несмотря на рост тарифов в последнее десятилетие, общий уровень грузовых железнодорожных тарифов остаётся на 45% ниже, чем во времена государственного регулирования
железных дорог) [4].
Однако вместе с положительной тенденцией ценообразования и тарификации российские железные дороги столкнулись с такими трудностями в организации
перевозочного процесса:
- наращивание количества вагонов компаниями-операторами и нерегулируемый допуск частных вагонов в инфраструктуру дороги независимо от емкости ее путевого развития;
- недостаточный контроль технического состояния вагонов, находящихся в частной собственности, что мешает рациональному использованию активов дороги [5];
- несоответствие сегодняшнего положения на сети железных дорог нормативно-правовой и нормативно-
технологической базе, что вызывает трудности при оперативном
регулировании вагонного парка;
- недостаток инвестиций в модернизацию железнодорожного полотна, систем автоматики,
телемеханики и связи, которые имеют физический и моральный износ.
Вследствие перечисленных выше причин стало нарушаться основное на сегодняшний день «золотое» правило маркетинга - обслуживание «точно в срок». Задержки поездов на подходах к станциям, замедление маневровой работы, «бросание» поездов из-за возникшей недостаточной пропускной способности дороги значительно снизили скорость продвижения поездов и эффективность планирования перевозочного планирования в целом.
Не смотря на, казалось бы, очевидное решение проблемы подчинения всего парка вагонов одному органу власти, в работе [3] описаны попытки деятелей железнодорожного транспорта вернуть частные вагоны в состав вагонного парка, либо создать объединенные парки из собственных и частных вагонов и неутешительные последствия таких решений.
Реформирование данной отрасли -вопрос не одного года. В связи с этим, следует развивать методы управления перевозочным процессом в
существующих реалиях для
поддержания конкурентоспособности.
Анализ последних исследований и публикаций
В работе Шенфельда К.П. [6] рассмотрена необходимость
пересмотреть актуальность показателя «оборот вагона» для анализа использования вагонов приватного парка. Предложено ввести новый комплексный показатель - «скорость
продвижения предлагается использовать оперативного
вагона». Также более широко
метод двухэтапного планирования для
распределения порожних вагонов. Суть метода заключается в том, что на первом этапе составляется план перемещение порожних вагонов до станции распыления, а на втором - уже до станции назначения. Также автором предлагается повысить пропускную способность за счет увеличения массы и длины составов на дальние направления. Однако при этом также указана необходимость в параллельном развитии инфраструктуры. Данное решение не рассчитано на применение на существующей сети железных дорог.
В работе [7] решение проблемы рационального использования вагонов грузового парка видится в организации маршрутных отправок, а также модернизации существующих вагонов, для расширения их технических характеристик и расширения номенклатуры грузов, перевозимых такими вагонами.
В работе [6] рассмотрена возможность пропуска поездов по расписанию, а именно по твердым ниткам графика. В данном случае дежурный пропускает приоритетные поезда по расписанию, а обычные - в свободное от установленных ниток время. Преимущества данной технологии состоит в том, что составы, локомотивы и локомотивные бригады подготавливаются к определенному времени заранее. Для применения такого метода должна быть в достаточной мере развита
инфраструктура, дабы можно было задействовать ее резервы по приему неприоритетных поездов.
В данной работе автор предлагает регулировать направление
вагонопотоков за счет прогнозирования
грузопотоков на основе нейронных сетей. Повышение пропускной способности видится в интенсификации пропуска поездов за счет сокращения межпоездного интервала. Также было предложено создавать на сети, специализированные «станции-отели» для отстоя порожних вагонов в ожидании требования подачи под погрузку.
Проблему реализации
эффективного диспетчерского
управления в современной постановке исследовали многие ученые, в их числе: Каретников А.Д, Куренков П.В., Левин Д.Ю, Шапкин И.Н., Ивницкий В.А. и другие. Работы в указанном направлении проводились также в ряде стран Европы. Однако проблемой реализации зачастую является недостаточное информационное
обеспечение и доступность
теоретического аппарата, позволяющего выбрать оптимальное решение [8].
Работы предложенных авторов рассматривают не в полной мере роль непосредственно поездного диспетчера и влияние качества принимаемых им решений, основанных исключительно на субъективной оценке поездной ситуации, на общие результаты деятельности железнодорожного
транспорта. В сложных динамических условиях, учитывая дефицит времени на выработку и принятие решения, оперативный работник, в частности, поездной диспетчер, сталкивается с проблемами выбора единственного правильного решения из числа возможных. Также следует принять во внимание, что в существующих системах при принятии решений поездной диспетчер не может отвечать за взвешенную по всем отраслям экономическую составляющую
принимаемых им решений. Можно сказать, что он действует в условиях
неопределенности.
Цель работы
Целью исследования является формирование системы поддержки принятия решений при следовании поездопотоков в условиях
неопределенности на основе риск-ориентированного подхода.
Основная часть
Доходность железных дорог в значительной мере зависит от рациональной организации
вагонопотоков. Организация движения поездов - одна из основных задач поездных диспетчеров, решение которой существенно осложняется в условиях постоянно увеличивающегося объема информации, направленного на повышения качества обслуживания и клиентоориентированности. При этом результаты эксплуатационной работы железнодорожных участков зависят от правильности принятия и реализации диспетчерских решений. Современные информационные технологии
открывают широкие возможности повышения показателей процессов перевозок. Однако не всегда дают ожидаемый эффект из-за
недостаточного исследования условий и процессов принятия решений.
Для правильной организации работы железнодорожного транспорта следует придерживаться плана формирования поездов и графика движения, ответственность за которые несет поездной диспетчер.
Эффективность решений, принимаемых поездным диспетчером, является определяющим фактором
экономической целесообразности
перевозки грузов железнодорожным транспортом. Отмечается, что любая
деятельность человека влечет за собой сопутствующий риск. При выработке решений в процессе организации перевозок оперативные работники рассматривают решение как сознательный выбор одной из ряда альтернатив. Выбор производится работником, принимающим решение, что позволит достигать определенных целей при организации вагонопотоков.
В реальных же условиях деятельности железнодорожного
транспорта применяется
функциональный подход к управлению. Это приводит к длительному сроку выработки управленческих решений. Кроме того, возможная
неопределенность информации, разная степень ее достоверности, точности и надежности затрудняют процессы анализа состояний, вносят элементы риска и ухудшают качество принимаемых управленческих решений [9]. Но в сложных динамических условиях, учитывая дефицит времени на выработку и принятие решения, оперативный работник, в частности, поездной диспетчер, сталкивается с проблемами выбора единственного решения из числа возможных. И в этих случаях необходимо свести к минимуму производственные риски из-за «человеческого фактора».
Если рассматривать формальную структуру принятия решений поездным диспетчером, то выбор одного из некоторого множества
рассматриваемых вариантов:
Пусть каждому варианту решения поездного диспетчера о пропуске поезда соответствует результат г;. Каждый результат на основании выбранного решения предполагает количественную оценку. Эти оценки будем сопоставлять с результатами, обозначая их одним и
тем же символом г, Без нарушения общности будем искать вариант с наибольшим результатом, т.е. шах г; :. Так как эти оценки должны характеризовать надежность,
полезность, прибыль, это оправдано. Также можно исследовать вариант с оценкой потерь путем минимизации г, или рассматривать отрицательные величины полезности.
Выбор оптимального варианта, при котором поездной диспетчер выберет лучшее решение, проведем при помощи критерия [10]:
То есть множество Е0 возможных оптимальных вариантов состоит из вариантов E0i, которые принадлежат множеству Е всех вариантов при принятии решений по пропуску поездов и оценка ri0 которых максимальна по рассматриваемым критериям среди всех оценок г. .
Учитывая то, что у поездного диспетчера при принятии решения имеется большое количество вариантов, выбор оптимального варианта в соответствии с критерием (1) не всегда является необходимым решением в данной ситуации, т.к. максимум оценки может достигаться на множестве результатов не один раз. Это приводит к выбору одного решения из нескольких хороших, не сильно отличающихся вариантов.
Такой случай принятия решений, когда каждому варианту решения соответствует единственное внешнее состояние, и, следовательно, однозначно определяется единственный результат, является случаем
детерминированных решений. В более сложных случаях каждому
допустимому варианту решения Ег могут соответствовать различные внешние условия (состояния) ¥/ (/=1, 2, ..., п) и, соответственно, результаты Тг/ решений. Под внешними условиями следует понимать постоянно
меняющуюся поездную ситуацию, а также поступающую информацию от клиентов. Под результатом Тг/ будем понимать оценку, соответствующую решению Ег и условиям ¥/ и характеризующим параметры, на которые будет ориентироваться поездной диспетчер при принятии решений в определенной ситуации. Каждую ситуацию можно оценить полезностью. Потому что в каждом конкретном случае полезность выбранного решения будет зависеть от конкретных условий при пропуске поезда. К таким условиям и факторам можно отнести, например, нарушение срока доставки, является ли данный состав маршрутом, высокодоходный груз или нет, груз идет на экспорт или нет, надежность клиента. Исходя из этих факторов для каждого поезда, следует определять критерий поезда Кп. Учитывая вес и значение этого критерия, поездной диспетчер может принимать решение о пропуске поезда по участку. Также данный критерий может использоваться при определении очередности обработки поезда, расформирования состава на горке. Увеличение этого набора может происходить как при недостатке информации, так и при многообразии технических возможностей.
Поездной диспетчер должен стремится выбрать вариант решения с лучшим результатом, но поскольку заранее неизвестно с какими внешними факторами и условиями ему придется иметь дело, приходится принимать во внимание все оценки Тг/
соответствующие решению Ег. Поэтому
задачу максимизации Гг в соответствии с критерием (1) следует заменить на другую, учитывающую все последствия каждого из вариантов решения Ег.
Для того чтобы прийти к наилучшему решению при организации вагонопотоков в случае, когда вариантам решения Ег соответствуют различные внешние факторы необходимо ввести оценочные функции. Каждому варианту решения поездного диспетчера Ег соответствует некоторый результат который
характеризует все последствия этого решения. Если последствия решений характеризовать комбинацией из наибольшего и наименьшего
результатов, то
г£_ = ттГ:= + гаахг,,,
(2)
Наилучший результат при этом имеет вид
maxrir, = max(min rtj тахг^),(3)
Влияние позиции работника,
принимающего решение, на
эффективность результата решения интерпретируем графически (рис. 2).
По оси абсцисс будем откладывать значения результата решения гц, соответствующие внешнему состоянию Fi, а по оси координат - значения га, соответствующие состоянию Fi. При этом каждому варианту решения Ei соответствует точка с координатами (п, га), i=l, 2, ... m на плоскости. Точку с координатами (max гц, max га) назовем точкой Tmax. Для аналогичной противоположной точки координаты всех точек решений не могут быть меньше, чем у Tmin. Следовательно, все m точек решений лежат внутри прямоугольника. Эту область назовем полем полезности решений. Для сравнения вариантов решений с точки зрения их качества, назовем вариант решения Ek не худшим, чем Es, если для соответствующих точек (ш, гд) и (^i, ^2) выполняются неравенства и
П2>га. Вариант Ek считается лучшим, чем Es, если хотя бы одно из этих неравенств выполняется строго.
Рис. 2. Поле выбора решений
Например, для двух указанных точек выполняются неравенства ш>Гл и Tk2<TS2. Математически это можно сформулировать как установление отношения частичного порядка на множестве вариантов решений. Выбрав в поле полезности произвольную рассматриваемую точку и проведя через нее прямые, параллельные
координатным осям, получим четыре части. Обозначим их I, II, III, IV. Для двумерного случая каждая из этих частей имеет вид прямоугольника. Для случая произвольной размерности они превращаются в конусы.
Критерий принятия решений для случая m вариантов решений и n внешних условий можно определить, как
или
min Jf(ra,...,rJ, (S)
Выводы
На сегодняшний день
действующие модели, используемые при организации перевозочного процесса, не в полной мере дают комплексную оценку качества обслуживания. А значит нельзя говорить о достаточной
ориентированности на клиента. Используемые автоматизированные системы на железнодорожном транспорте не в полной мере могут оценить последствия принимаемых управленческих решений.
Повышение уровня сервиса обслуживания клиентов и снижение затрат железной дороги на организацию перевозочного процесса возможно на основании риск-ориентированного
подхода, который позволит учитывать вес факторов, возникающих при выработке решений в перевозочном процессе. И на основании этого выделить возникающие различные виды риска, сопоставить их и присвоить приоритетность. В результате чего определять оптимальный вариант пропуска поездов по участку с минимальными потерями, как в техническом отношении, так и в финансовом.
Список литературы:
1. Программа структурной реформы на железнодорожном транспорте: [постановление: принято Правительством Российской Федерации 18 мая 2001 г.: по состоянию на 22 июля 2009 г.] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов: [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/901788357
2. О железнодорожном транспорте в Российской Федерации: [Федер.закон: принят Гос. Думой 10 янв. 2003 г.: по состоянию на 14 марта 2022 г.] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов: [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/901838120
3. Хусаинов Ф. Структурна реформа железных дорог: История успеха или провала? [Текст] // РЖД-Партнер - 2021 - №24 - 38-43 а
4. Рынок железнодорожных перевозок Евросоюза в 2015-2018 гг. [Текст] / СОЖТ// Железные дороги в мире: обзор. 2021 - Вып.1 - 47 - 51 с.
5. Солнцев А. Раскрутят ли старые оси вагонов дефицит вагонов на РЖД? [Электронный ресурс] // РЖД-Партнер - Режим доступа: https://www.rzd-partner.ru/zhd-transport/comments
6. Шенфельд К.П. Развитие
методов управления перевозочным процессом в условиях рыночной экономики и реформирования железнодорожного транспорта [Текст]: дис. ... д-ра техн. наук: 05.22.08 / Шенфельд Константин Петрович. -Москва, 2013. - 286 с.
7. Аникеева-Науменко Л.О. Методы повышения эффективности использования вагонов грузового парка на железнодорожном транспорте [Текст]: дис. .канд. техн. наук: 08.00.05 / Аникеева-Науменко Любовь Олеговна - Москва, 2014. - 190 с.
8. Давыдов Б.И. Методы, модели и алгоритмы снижения технических и экономических рисков в процессе текущего управления движением поездов [Текст]: дис. . д-ра техн. наук: 05.02.22 / Давыдов Борис Израильевич. - Хабаровск, 2021 - 260 с.
9. Моисеенкова, Д.А. Задача принятия управленческих решений [Электронный ресурс] / Д.А. Моисеенкова // Известия
Петербургского университета путей сообщения. - 2007. - №4 (13) - С.5-16. -режим доступа:
https://cyberleninka.ru/arti cle/n/zadacha-prinyatiya-upravlencheskih-resheniy-na-zheleznodorozhnom-transporte/viewer
10. Костерев, В.В. Надежность технических систем и управление риском: учебное пособие [Текст] / В.В. Костерев - М.: МИФИ, 2008. - 280 с.
Аннотации:
В статье предложена система поддержки принятия решений при следовании поездопотоков в условиях неопределенности на основе риск-ориентированного подхода.
Ключевые слова: риск, поездной диспетчер, неопределенность информации, система поддержки принятия решений.
The article proposes a decision support system when following train flows under conditions of uncertainty based on a risk-based approach.
Keywords: risk, train dispatcher, information uncertainty, decision support system.
