Экспресс-анализ показателей сменно-суточной работы сортировочной станции на основе имитационного моделирования

Во введении обоснована актуальность темы исследования,
сформулирована научная задача, определены цель, задачи и степень
разработанности темы исследования, его объект, предмет и методы, а также
научная новизна диссертации и положения, выносимые на защиту,
теоретическаяценностьипрактическаязначимостьдиссертации,
обоснована достоверность результатов исследования, приведены сведения
о реализации и апробации работы, публикациях, структуре и объёме
диссертации.
Первая глава «Анализ методов планирования показателей сменно-
суточной работы железнодорожной станции» содержит исследование
существующего подхода к оперативному планированию эксплуатационной
работы технических станций и анализ методов представления и измерения
процессов переработки вагонов на сортировочных станциях при оценке
сменно-суточной работы.
Отмечено, что основное внимание в ходе оперативного планирования
работы сортировочной станции уделяется разработке мероприятий по
выполнению нормы времени среднего простоя транзитного вагона с
переработкой. А при формировании плановых решений на стадии
сменно-суточного планирования проводится анализ их результативности с
учётом текущих факторов возможного невыполнения нормы, прежде всего,
в разрезе производительности технических средств.
Показано,чтонаиболееэффективнымметодоманализа
результативностимероприятийповыполнениюнормыврамках
сменно-суточного планирования является имитационное моделирование.
Однако, указывается, что в прямой постановке такой подход с охватом всех
технико-технологических аспектов работы станции становится избыточно
сложным, поскольку для оценки плановых решений на практике
используютсяобобщённыеданныенауровнесоответствующих
показателей.
В связи с этим сделан вывод, что для исследования качества
сменно-суточных заданий целесообразно использовать процедуру экспресс-
анализа плановых показателей, основанную на сокращённом алгоритме
имитационногомоделированиязависимостивеличинывремени
переработки вагонов на станции пер от размера вагонопотока ∑ с учетом
продолжительностивыполнениятехнологическихопераций тех ,
межоперационных ожиданий ож и нахождения вагонов под накоплением
нак а также затрат времени, не несущих основную долю временных
расходов станции проч .
Таким образом, задачей исследования стало построение аппарата
реализации процедуры экспресс-анализа показателей сменно-суточной
работы сортировочной станции на основе имитационного моделирования
процессов переработки вагонов в рамках функционала пер = (∑ ).
Вторая глава «Разработка подхода к моделированию процедуры
экспресс-анализа эксплуатационной работы станции» посвящена оценке
возможностипостроенияинтегральнойхарактеристикиработы
технологических линий (элементов) сортировочной станции на основе
анализа изменчивости показателей сменно-суточной работы и времени
нахождения на станции вагона с переработкой.
В главе показано, что представлять функционал пер = (∑ ) в
терминах размеров движения удобно для оценки параметров внешнего
окружения станции (например, для определения доли задерживаемых
поездов на подходах ), для анализа же технико-технологического
состояния станционной системы целесообразно использовать его в
терминах перерабатываемого вагонопотока
пер = ( пер ) = ( техн , ож , нак , проч ),
где пер – размер перерабатываемого вагонопотока элементами станции.
Отмечено, что устойчивость работы станции (состояние, при котором
прием-отправление поездов осуществляется без задержекграфика)
определяется согласованностью работы ее элементов. Предложено в
качестве основного показателя устойчивости сменно-суточной работы
использовать понятие темпа, определяя его, с одной стороны, через число
происходящих в элементах станционной системы событий, с другой
стороны, как величину обратную продолжительности операций и
межоперационных интервалов в единицу времени. В связи с этим
приведены условия устойчивой работы станции, как условия согласования
темпов работы элементов станционной системы:
1. темп обработки в ПП≥ темпу прибытия;
2. темп расформирования ≥ темпу прибытия;
3. темп формирования ≥ темпу накопления;
4. темп обработки в ПО ≥ темпу накопления;
5. темп отправления ≥ темпу накопления.
Показано, что на практике согласование темпов работы элементов
станционной системы является сложной задачей, решение которой не всегда
дает положительный результат, вызывая задержки в нахождении вагонов на
технологических линиях станции (рис. 1).
Практическое решение задачи связано с принятием решений на
основе данных, представленных в общем кратком виде, пригодном для
сокращенных методов анализа.
Рисунок 1. Пример посуточного согласования-рассогласования темпов обработки
вагонов по паркам приема (ПП), сортировочном (СП) и отправления (ПО)

Исследование характера зависимости времени нахождения вагонов по
элементам станции от объемов переработки позволило сделать вывод о
допустимости ее аппроксимации к кривой общего вида (рис. 2, а, б).

а)б)
Tпер
Tпер
408
306
204
102
00
010002000300040005000600021002300250027002900
UперUпер

Рисунок 2. Аппроксимация изменения времени нахождения вагонов в сортировочном
парке, а) и парке отправления, б) в зависимости от объема переработки

Витогевкачествеинтегральнойхарактеристики
технико-технологического состояния станции и ее элементов принят вид
зависимости пер = ( пер ), показанный на рис. 3.
Рисунок 3. Изменение технической характеристики станции
в условиях оптимальных объемов переработки

Поскольку вершина кривой (рис. 3) характеризует оптимальные
условия работы технических средств станции при заданной технологии

(время переработки минимально – пер ), принятая характеристика названа
технико-эксплуатационнойили,длякраткости,технической.
Предполагается, что моделирование технической характеристики позволит
выявлять степень соответствия текущего технического оснащения и
технологии работы станции заданному вагонопотоку.
Полученные в главе результаты достаточно хорошо иллюстрируют
возможность оценки технико-эксплуатационных характеристик основных
элементов станции, позволяя сделать положительный вывод относительно
потенциала их использования для экспресс-анализа результативности
сменно-суточного планирования станционной работы.
В третьей главе «Разработка методики моделирования системы
экспресс-оценкитехнико-эксплуатационнойхарактеристики
сортировочнойстанции»проведенапараметризацияэлементов
экспресс-оценки, раскрыто содержание оценки параметров внешней среды
ифункционирования,втомчисле,параметровинфраструктуры,
технологических операций и распределителя заданий, изложена структура
аппарата оценки и алгоритм, а также полученные на этой основе результаты.
Показано,чтоэкспресс-оценкатехнико-эксплуатационной
характеристики сортировочной станции может быть представлена в виде
функционала на множестве, состоящем из 3-х элементов, включающих в
себя некоторое количество параметров
= ( , , пер )
Множество параметров внешней среды может быть представлено как
= ( , , , С, , , , )
где = ( 1 , 2 , 3 , … , ) – параметр «ветер», =( 1 , 2 , 3 , … , ) – параметр
«снегопад», =( 1 , 2 , 3 , … , )–параметр«дождь»,
С =( 1 , 2 , 3 , … , ) – параметр «наледь», Y=( 1 , 2 , 3 , … , ) – параметр
«туман»,M=( 1 , 2 , 3 , … , ) – параметр «метель», J
=( 1 , 2 , 3 , … , )–параметррезкихизмененийтемпературы,
X=( 1 , 2 , 3 , … , ) – параметр электромагнитных воздействий.
Параметры инфраструктуры могут быть выражены посредством
орграфа
орграф ≔ ( , , , ),
где W =( 1 , 2 , 3 , … , ) – набор узлов (входные, выходные горловины,
парки,локомотивноеивагонноедепо,горкаит.д.);
P =( 1 , 2 , 3 , … , ) – множество ребер (участки путей, пути, соединяющие
парки, горловины), q и s – параметры функции, которые сопоставляют (
∊ ) с исходным и целевым узлом: , : → . Множество имеет ряд
ограничений по вместимости ( 1 , 2 , 3 , … ), по времени ( 1 , 2 , 3 , … ) и
интенсивности( 1 , 2 , 3 , … )использования.средств( 1 , 2 , 3 , … ).
Атрибуты путей, такие как вместимость, связаны с каждым ∊ таким
образом, что = 1 , , ∀ ∊ , где – переменная, значение
которой определяет соответствующее состояние пути.
Множество перопределяетсяпараметрамикомплексов
технологических операций, среди которых выделены: прием поездов на
станцию,подготовкасоставовпоездовкрасформированию,
расформирование и формирование составов (в том числе, прицепных групп
к транзитным поездам), подготовка составов поездов к отправлению,
передача вагонопотоков (например, угловых на двусторонних станциях),
техническое обслуживание и экипировка локомотивов и др. Параметры
комплексов операций представлены их продолжительностями с учетом
межоперационных ожиданий.
Структуру аппарата экспресс-оценки предложено строить на основе
схемы моделирования Форрестера – метода системной динамики, который
используется для построения динамических информационных систем с
обратной связью.
Определено,чтовэтомслучаесистемамоделирования
экспресс-оценки характеризуется пятью группами структурных элементов:
1. Темпами – параметрами потоков переработки, исходящими из
одних интегрирующих звеньев (комплексов технологических операций) и
поступающими в другие, и вызывающими в обеих группах звеньев
определённые изменения;
2. Уровнями(регуляторами)–регулируемымиобъектами
(технологическимилиниямистанции,ееэлементами),формально
описываемыми параметрами инфраструктуры, фигурирующими в системе,
полученными интегрированием элементов орграфа (на основе интеграции
комплексов операций);
3. Функциямирешений–соотношениями,отражающими
функциональныезависимостисистемы,определяющиепараметры
интенсивности входящих-исходящих потоков и регуляторов;
4. Вспомогательными величинами, участвующими в определении
параметров;
5. Постоянными параметрами – константами модели.
Врезультатеоценкитехнико-технологическогосостояния
станционной системы на базе пакета имитационного моделирования в
рамках изложенных представлений получены технико-эксплуатационные
характеристики сортировочной станции для различных условий работы и
разных вариантов имеющихся ресурсов и технических средств (рис. 4, а, б).

а)б)

20,0030,00
25,00
15,00
20,00

Tпер
Tпер

10,0015,00
10,00
5,00
5,00
0,000,00
0200040006000800002000400060008000
UперUпер

Рисунок 4. Технико-эксплуатационная характеристика сортировочной
станции, вариант 1 – а), вариант 2 – б)

Отмечено, что с помощью аппарата формирования экспресс-оценки,
представленного в главе, существует возможность анализа параметров
технических средств и темпов переработки вагонопотока в режиме
реального времени в зависимости от планируемых объемов (рис. 5).
Tпер
20
0
0100020003000400050006000700080009000

Uпер

Рисунок 5. Анализ изменения значений технико-эксплуатационной характеристики в
результате изменения темпов расформирования
Предложенныйаппаратсоздаетосновуинтеллектуального
моделирования текущих показателей сменно-суточной работы, как одного
из механизмов цифровой сортировочной станции.
В четвертой главе «Обоснование экономической эффективности
внедрения экспресс-оценки технико-эксплуатационной характеристики
сортировочной станции» изложен подход к обоснованию экономической
эффективности экспресс-оценки, а также сравнительный анализ ожидаемых
и текущих величин себестоимости как в разрезе процессов переработки
вагона, так и в разрезе хозяйств станции.
Отмечено, что подход к обоснованию экономической эффективности
экспресс-оценки сменно-суточных показателей работы станции в контексте
технико-эксплуатационной характеристики может быть построен на основе
сравнения долей среднесуточной себестоимости, как в разрезе процессов
переработки вагонов, так и в разрезе основных хозяйств, задействованных в
этой работе, с целью определения роли добавочной стоимости продукции
станции в условиях изменения параметров технических средств.
Показано, что эксплуатационные расходы по переработке вагонов на
сортировочных станциях в основном складываются из расходов шести
хозяйств:
а) движения: на заработную плату с начислениями, на топливо и
электроэнергию для производственных нужд и на освещение территории
станции,амортизационныхотчисленийотстоимостигорочного
оборудования, административно-управленческих, накладных и прочих;
б) локомотивного хозяйства, оплачиваемых сортировочной станцией
по счетам депо за предоставление маневровых локомотивов;
в) вагонного хозяйства по техническому осмотру и ремонту
вагонов – на производственную заработную плату с начислениями, на
материалы и смазку, административно-управленческих, накладных и
прочих;
г) путевого хозяйства и д) службы связи и СЦБ: на производственную
заработную плату с начислениями, на материалы, амортизационных
отчисленийипериодическомуремонтуустройств,
административно-управленческих и прочих.
И, таким образом, расчет себестоимости переработки вагонов на
станции заключается в расчёте шести долей, связанных с расходами
перечисленных хозяйств.
В главе приводятся соответствующие зависимости и результаты
сравнительных расчетов величин себестоимости как в разрезе процессов
переработки вагона, так и в разрезе хозяйств.
Расчеты показывают, что снижение себестоимости переработки
одного отправленного транзитного вагона только на 1% за счет
своевременного изменения параметров технических средств локомотивного
хозяйства и снижения, в этой связи, простоев вагонов по отправлению
вследствие применения предлагаемого экспресс-анализа может дать
экономию затрат по сортировочной станции порядка трех десятков млн.
руб. в год.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научная задача по формированию
аппарата экспресс-анализа выполнения заданной нормы времени среднего
простоя транзитного вагона с переработкой, как основы сменно-суточного
планирования работы сортировочной станции.
В ходе исследования сделан вывод о том, что основным элементом
анализа является темп переработки вагонопотока. Изменчивость темпов
переработкивагоновопределяетсяизменчивостьюпроцессов
сменно-суточнойработыстанции,связаннойснеобходимостью
перераспределениясортировочнойработыпутемвыделенияструй
вагонопотоков в дополнительные назначения и между назначениями, а
также производством ремонтно-строительных работ внутри станции и
прилегающих перегонах, длительных отказах технических средств и
неравномерностью подхода поездов к станции. В этой связи, закон
внутрисуточногоизменениявременинахождениявагонана
технологическихлинияхстанции,какпоказываютрезультаты
исследования, близок к синусоидальному, изменяясь в течение суток от
минимума к максимуму и обратно. Вместе с тем, для соблюдения
нормативов работы необходимо выдерживать закон внутрисуточного
изменения времени, близкий к линейному, что с практической точки зрения
связано с поддержанием постоянного темпа работы элементов станции.
Поддержание такого темпа возможно только при установлении его
оптимальных значений, для получения которых необходимо построение
техническо-эксплуатационнойхарактеристикистанциипутем
моделирования времени переработки в зависимости от поступающего
объема вагонов.