Оптимизация работы железнодорожного узла

Основной функцией железнодорожного транспорта является обеспече­ние надежной связи поставщиков и потребителей через материальные потоки. В условиях неравномерности, вы­званной объективными причинами, для обеспечения на­дежной связи требуются резервы. Избыточные статиче­ские резервы - представление дополнительной пропуск­ной способности или мощности технических средств - снижают эффективность работы. Поэтому предпочти­тельнее использовать технологические решения, кото­рые позволяют повысить надежность работы без при­влечения дополнительных технических средств. Назо­вем динамическими резервами резервы управления. По использованию их можно оценить величину, на которую можно снизить статические резервы за счет управления. Ди­намические резервы возникают при гибком управлении однородными или разнородными потоками, либо при адаптивном изменении структуры транспортной системы. Надежность работы железнодорожного узла как сложной системы можно оценить величиной внешних и внутренних возмущений, при которых узел продолжает выполнять свои функции. В узле, в котором техниче­ское оснащение станций и технология их работы заданы заранее и не изменяются в зависимости от колебания по­токов и ритмов поставщиков и потребителей, для повы­шения надежности требуется создание избыточных ста­тических резервов. В этом случае преобладает территориальный, а не структурно-технологический принцип объединения. В качестве альтернативы представляется возможным создание гибкой технологии для повышения надежности работы. Ее основой будет являться вариативный внутриузловой план формирования. Варианты между собой различаются только внутриузловыми потоками, т.е. для составов, которые формируются и расформи­ровываются внутри узла. Это, по сути, внутриузловые передаточные поезда, которые обычно являются много группными.

Постановка задачи.

С целью повышения надежности работы железнодорожного узла необходимо разработать гибкую технологию, основан­ную на перераспределении между станциями узла сор­тировочной работы по формированию передаточных по­ездов. Поставленная задача имеет большое количе­ство решений - требуется аппарат оптимизации, кото­рый способен учесть динамику поведения исследуемой системы. В качестве такого аппарата примем динамическую транспортную задачу с задержками и управляемой структурой.

Объект исследования.

Для примера выберем узел с упрощенной структу­рой. Система состоит из сортировочной и трех грузо­вых станций.

По технологии сортировочная станция перерабатывает поток, прибывающий с направлений А и В. В процессе работы эта станция формирует поезда назначением за границы узла и внутриузловую трехгруппную передачу назначением на станции Г1, Г2 и ГЗ. При нормативной технологии работы эта передача накапливается на трех путях сортировочного парка. Возможны следующие ва­рианты изменения технологии работы станций узла.

1 вариант.

3-х группная передача первоначально накапливается на одном пути сортировочного парка сорт, станции, и окон­чание формирование такой передачи проводится как для сборного поезда.

2 вариант.

Передача формируется как одногруппная, а подборка по назначениям производится на грузовых станциях.

Оба варианта позволяют при всплеске транзитного потока выделять для него дополнительные пути на сорти­ровочной станции.

Представим объект исследования в виде ориентирован­ного графа С(В,Д), где В - множество узлов (бункеров), Д – множество дуг (каналов).

Рис. 6.

Схема железнодорожного узла в виде графа

Освобождение сортировочной системы основной стан­ции от детальной подборки групп в сборных поездах уве­личит ее перерабатывающую способность. В то же вре­мя загрузка дополнительной работой по формированию уменьшит аналогичный показатель на грузовых станци­ях узла.

Узлы и дуги на графе отображают следующие структурно-технологические подсистемы:

Узлы.

В1 - парк приема сортировочной станции С;

В2 - сортировочный парк станции С;

ВЗ, В4, В5 - парк отправления станции С при различных вариантах технологии;

В6, В7, В8 - грузовые станции Г1, Г2, ГЗ;

В9 - общий сток, моделирующий отправление потока за пределы узла.

Дуги.

Д12 - технологические операции в подсистеме парк при­бытия - горка;

Д24 - формирование 3-х группной передачи на станции С по нормативной технологии;

Д23, Д34 - формирование передачи по первому дополни­тельному варианту;

Д23, Д35 - формирование передачи по второму дополни­тельному варианту;

Д56 - технологические операции с передаточным поез­дом на станции Г1 по второму дополнительному вари­анту;

Д67 - технологические операции с передачей на станции Г2;

Д78 - технологические операции с передачей на станции ГЗ;

Д89 - окончание работы с передачей в узле на станции ГЗ;

Д29 - формирование транзитного узлового потока на станции С и его отправление за пределы узла;

и - дуги, отображающие связи адаптации, по ко­торым будет перебрасываться пропускные способности.

Пусть описание системы включает в себя:

где - моделирует устройства выполнения технологи­ческих операций для переброски потока; - переброску пропускной способности.

Задан период оптимизации [О, Т]. Период оптимизации разделен точками z=l, 2,...,N.

Сопоставим каждую точку с моментом времени. Тогда единичный отрезок будет являться шагом дискретиза­ции.

Задача ставится как задача построения оптимальной динамической структуры и потоков при минимизации суммарных затрат.

Можно выделить две части функционала:

Затраты на перевозки и простои:

Затраты на переброску пропускной способности:

где - стоимость переброски пропускной способно­сти.

Взаимодействие парков и станций между собой может выражаться в переброске технических средств и бригад.

Переброска локомотива, бригадыМаневровый локомотив может перебрасываться с горки на вытяжки формиро­вания без изменения характера работы, с горки на гру­зовой фронт и т.п. При этом происходит уменьшение пе­рерабатывающей способности в канале-источнике и уве­личение пропускной способности в канале-потребителе. Модель должна отображать:

- несоответствие уменьшения и увеличения пропускной способности каналов, например - при переброске ма­неврового локомотива пропускная способность горки уменьшится на большее число единиц потока, чем уве­личится на вытяжках формирования;

- продолжительность переходного процесса, когдалоко- мотив уже не работает на горке, но еще не работает на вытяжном пути;

- затраты связанные с переброской.

Рассмотрим это подробнее.

Цепочка каналов и бункеров отображает:

канал - сортировочная горка;

канал - сортировочный парк в части технологиче­ских путей;

бункер - резервные пути сортировочного парка;

канал - вытяжки формирования.

Дуга означает изменнение пропускной способно­сти каналов (уменьшение) и (увеличение) при переброске локомотива. Время переброски счита­ется как усреднено-необходимое с момента окончания работы локомотива на горке до начала его работы на вытяжке. Стоимость - это приведенные затраты, связанные с преброской.

Коэффициент замещения означает

т.е. во сколько раз больше приращение пропускной спо­собности канала , чем уменьшение в канале .Если < 1 , то во сколько раз меньше. Расcчитать его лучше методом имитационного моделирования. Ана­логично описывается переброска бригады по обработке составов. В этом случае каналом будет процесс обра­ботки поездов на технологических путях парка.

Переброска части работ.Допустим мы хотим увели­чить долю подтягивания и уменьшить долю осажива­ния. При этом увеличивается перерабатывающая спо­собность горки, но уменьшится перерабатывающая спо­собность вытяжек формирования. Изменение может- быть не одинаковым. Передача работы имитируется в модели обратной переброской пропускной способности. Действительно, часть перерабатывающей способности вытяжек занята работой, которую должна была бы вы­полнять горка.

Описание потоков с грузами особого режима доставкиВ ры­ночных условиях требования к режиму доставки грузов могут существенно отличаться. Если существуют потоки с грузами высокой срочности доставки, то поток нужно описывать как многопродуктовый. При нехватке про­пускной и перерабатывающей способности устройств должны задерживаться потоки с грузами, возможный ущерб по которым будет меньше. Рассмотрим различ­ные способы пропуска многоструйных потоков на приме­ре двух струй - срочной доставки и обычной. Если вре­мя прохождения обеих струй через канал одно и то же, а вопрос только в очередности пропуска, то устройства описываются в виде канала и бункера с двумя видами потока. Граница между потоками в канале подвижная. Сто­имость задержки срочного потока в бункере боль­ше стоимости задержки обычного. Поскольку простои отображаются в функционале, то задерживаться будет обычный поток. В этом случае большая часть пропуск­ной способности канала будет отдаваться срочному по­току. Если для срочного потока организована ускорен­ная обработка, то устройство отображается в виде двух взаимосвязанных каналов с разным временем обработки.