Лаханкин Е.А., Агеева М.А., Кондальцев И.С., Подорин А.А., АО «ИЭРТ», г. Москва Сафронов А.И., МГУПС (МИИТ) Императора Николая II, г. Москва

Развитие алгоритмов и программных средств проектирования технологии и нормирования работы локомотивов и локомотивных бригад в грузовом движении

Планирование работы локомотивов и локомотивных бригад на различные горизонты заключается в установлении нормативов содержания эксплуатируемого и рабочего парков поездных локомотивов, явочного штата локомотивных бригад для освоения плановых размеров грузового движения.

Методические подходы к решению задач изложены в нормативных документах ОАО «РЖД». Методы установления нормативов на различные горизонты делятся на две группы: аналитические и графо-аналитические.

Для решения задач нормирования в рамках Автоматизированной системы организации вагонопотоков разработана подсистема ведения и корректировки формализованного описания технологии продвижения поездопотоков по участкам обращения локомотивов и работы локомотивных бригад в информационной модели АСОВ (АСОВ-ВКУУ).

Основным назначением подсистемы является автоматизация процесса генерирования сетевой потоковой модели для определения порядка продвижения поездопотоков по сети УОЛ и УРЛБ на основе:

- существующих схем участков обращения локомотивов (с указанием места работы толкачей) и работы локомотивных бригад, принимаемые при составлении нормативного графика движения поездов;
- расположения депо приписки локомотивов;
- принятой системы езды;
- порядка определения степени транзитности поездопотока по техническим станциям;
- норм простоя локомотивов, следующих без отцепки от состава;
- норм времени на выполнение экипировок и ТО-2;
- норм времени нахождения локомотивов на станционных путях с заходом и без захода локомотива на тяговую территорию;
- норм непрерывной продолжительности работы локомотивных бригад;
- норм времени на подготовительно-заключительные операции.

Результатом работы которой является актуальная сетевая потоковая модель для определения порядка продвижения поездопотоков, позволяющая описать технологию тягового обслуживания.

Модель используется для установления нормативов работы локомотивов и локомотивных бригад для планирования на различные горизонты (месяц, год).

На основе результатов работы АСОВ-ВКУУ с использованием программного обеспечения прогноза показателей работы локомотивов и локомотивных бригад на нормативный график движения грузовых поездов АСГОЛ-ГДС (2015) рассчитываются парка локомотивов и явочный контингент локомотивных бригад.

Основным назначением данной системы является комплексная автоматизации на дорожно-сетевом уровне процесса составления оптимальных графиков оборота локомотивов и локомотивных бригад грузового движения и расчёта показателей их использования (согласно перечню формы ЦДЛ-13) для существующих технологий пропуска поездопотока на направлении при различных вариантах тягового обслуживания поездов локомотивами, а последних - сменными локомотивными бригадами с учётом обращения локомотивов, обслуживающих поездные формирования собственников.

Функционирование системы состоит из нескольких взаимоувязанных процессов:

- составление графиков оборота локомотивов грузового движения по участкам обращения локомотивов;
- составление графиков оборота локомотивных бригад, обслуживающих при сменной езде магистральные грузовые локомотивы по участкам работы локомотивных бригад;
- расчёт показателей использования локомотивов и работы локомотивных бригад грузового движения (согласно перечню формы ЦДЛ-13);
- формирование таблиц базы данных, необходимых для решения задач сетевого уровня;
- формирование выходных форм дорожного уровня;
- расчёт потребности в локомотивах и явочном штате локомотивных бригад грузового движения для основных УОЛ, железнодорожных направлений сети, транспортных регионов и сети в целом;
- расчёт показателей использования локомотивов и работы ЛБ грузового движения (согласно перечню формы ЦДЛ-13) для основных УОЛ, железнодорожных направлений, транспортных регионов и сети в целом;
- формирование выходных форм сетевого уровня;
- формирование таблиц базы данных необходимых для решения задач Автоматизированной системы организации вагонопотоков (АСОВ).

Основной процесс, автоматизированный в АСГОЛ-ГДС (2016) - построение графика оборота локомотивов. В общем виде задача составления графика оборота локомотивов ЭП грузового движения на дорожно-сетевом уровне сформулирована следующим образом.

Имеется УОЛ, для которого задан ГДП с указанием времени прибытия и отправления по всем станциям оборота и перецепки, технология пропуска поездов на направлении, технология пропуска поездов на направлении, вариант тягового обслуживания составов поездов, с указанием серий локомотивов, организация работы локомотивных бригад. Требуется так организовать перецепку локомотивов, по станциям и подсылку их резервом, чтобы при соблюдении условия полного вывоза поездов и своевременной постановки локомотивов на техническое обслуживание ТО-2 и экипировку обеспечить минимальные затраты, связанные как с содержанием локомотивного парка, так и выполнения технического обслуживания локомотивов и экипировки.
Математическая постановка и метод решения задачи построения ГОЛ ЭП грузового движения. Имеется находящийся в границах одной или нескольких Дирекций управления движением обслуживаемой закреплёнными сериями локомотивов УОЛ, состоящий из 5 станций и Z участков, расположенных между ними, который представлен ориентированным связным графом (рис. 1).



где P={P[i]} - множество вершин графа G (множество выделенных станций УОЛ, являющихся пунктами оборота или перецепки локомотивов и смены ЛБ), |P|=S; V - множество рёбер графа (множество участков между выделенными станциями), |V|=2*Z.

Каждой i-ой вершине (станции) и каждому j-ому ребру (участку) поставлено в соответствие множество технологических временных и топологических параметров G.

Для участка обращения локомотивов выполняются условия:



где М(Р[m], Р[n]) - маршрут от вершины Р[m] до вершины Р[n]; V[r] - ребро между вершинами Р[r] и P[r+1]; L(G) - длина участка обращения локомотивов, км; l(V[j]) - длина j-го участка в пределах УОЛ, км.

Условия (2)...(4) определяют, что рассматриваемый УОЛ не пересекается с соседними по выделенным участкам, является связным ориентированным графом, длина его находится в установленных границах.

Задано разбиение графа G на подграфы G'[f](f=1,...,Y), каждый из которых представляет собой участок работы локомотивных бригад (УРЛБ), расположенный в границах УОЛ. Каждому f-ому ребру (УРЛБ) поставлено в соответствие множество параметров: n'[f](V'[f]) - размеры грузового движения; c(V'[f]) - схема работы бригад; b(V'[f]) - система езды; a(V'[f]) - категория участка; d(V'[f]) - принцип обслуживания поездов, и другие, то есть заданы наборы весов рёбер графа G[f] (рис. 2). Указывается признак принадлежности УРЛБ к простым или сложным участкам. На рисунке 2 УРЛБ: Б-А, Б-В и К-Д - являются простыми, а остальные - сложными, так как внутри основного УРЛБ имеет один или не-сколько внутренних.



ГОЛ ЭП, обслуживающих заданные ГДП размеры движения в пределах УОЛ, представляет собой замкнутую в суточном масштабе последовательность (одну (график оборота единый) или несколько (график оборота групповой)) прохождения условного локомотива по всем ниткам расписания. Поэтому требуется найти эйлерову линию, то есть цикл, содержащий все ребра графа (с учётом их кратности), причём каждое ребро только по одному разу. Связность и чётность степеней всех вершин графа является необходимым и достаточным условием существования эйлеровой линии. Чётность степеней вершин достигается за счёт парности движения локомотивов по участкам с поездами или одиночным (резервным) порядком.

Таким образом, разработка ГОЛ ЭП грузового движения сводится к составлению последовательности обслуживания всех поездов одним условным локомотивом (ПОПОУЛ).

Длина последовательности показывает за сколько суток один условный локомотив обслужит все поезда, то есть какой является потребность в локомотивах ЭП (М[Э]) для обслуживания графиковых размеров движения. В связи с этим поиск оптимального варианта ГОЛ ЭП для УОЛ сводится к нахождению из всего множества последовательностей такой, при которой минимизируется целевая функция, имеющая вид



где М[Л] - потребность в локомотивах ЭП для обслуживания всех расписаний в ГДП; е[Л] - стоимость 1 локомотиво-часа, руб.; КТО[r] - число заходов локомотивов на r-й ПТОЛ; еТО[r] - стоимость выполнения одного ТО-2 на r-ом ПТОЛе; d - число ПТОЛ; KЭК[j] - число заходов локомотивов на j-ый пункт экипировки локомотивов без выполнения ТО-2; еЭК[j] - стоимость выполнения одной экипировки локомотивов без проведения ТО-2 на j-ом экипировочном пункте, руб.; TФ[K], T[Н] - фактическое и нормативное значение времени периодичности постановки локомотивов на ТО-2, ч; R - общее число маршрутов следования локомотивов между выполненными ТО-2; SФ[K], S[Н] - фактическое по K-ому маршруту и нормативное значение пробега локомотива между вы-полнением ТО-2, км; пФ[f], nН[f] - потребная и наличная пропускная способность f-го ПТОЛ; η| - коэффициент рациональной загрузки ПТОЛ; mТО2 - число ПТОЛ в пределах УОЛ; SЭК.Ф[r], SЭК.Н[r] - фактическое по r-ому маршруту и нормативное значение пробега локомотива между выполнением им экипировок, км; q - общее число маршрутов следования локомотивов между экипировками.

Итерационный алгоритм составления ГОЛ толкачей, функционирует по принципу построчной перестановки ниток, участвующих в обороте. Так, согласно алгоритму, строки таблиц с нитками обоих направлений по итогам перестановки читаются по одному и тому же индексу, а связи ниток в единую последовательность при этом организуются параллельно друг другу.

Принятый алгоритм разветвлён по трём принципиально отличающимся друг от друга ситуациям:

- парности;
- непарности с перевесом в количестве ниток прямого направления;
- непарности с перевесом в количестве ниток обратного направления.

В случае парности в таблице ниток обратного направления выполняется циклическая перестановка элементов до тех пор, пока все связи по строкам таблицы не выстроятся в параллельную схему, то есть для связки ниток прямого и обратного направлений в последовательность не потребуется совершать переход на строку с другим индексом, отличающимся от рассматриваемого. Двух таблиц ниток при такой схеме недостаточно, потому создаётся третья, дополнительная таблица ниток - дубликат таблицы прямого направления, но элементы которой, согласно той же параллельной схеме, выравниваются относительно фиксированного состояния уже изменённой таблицы ниток обратного направления.

Дубликат таблицы ниток прямого направления содержит ссылки на основную таблицу ниток прямого направления, благодаря чему становится понятной схема перехода между строками - индексами таблицы. Так методика поиска последовательности ниток итерационно зацикливается, и признаком выхода из итерационного цикла является момент достижения в дубликате таблицы ниток прямого направления нитки с тем же номером, что и первый элемент последовательности. Так формируется «кольцо» (закольцованная последовательность).

На следующем шаге полученные «кольца» дробятся на смены по принципу непревышения 12 часов работы, при этом контролируется переход через сутки.

Далее предпринимается попытка связать полученные смены между собой, если по тем или иным причинам они оказались короткими. Опыт тестирования составленного алгоритма для различных участков толкания показал, что целесообразно выполнять проверку на возможность сопряжения между собой смены, в том числе, относящиеся к одному и тому же «кольцу».

Связка смен выполняется только при условии обнаружения минимальной длительности простоя локомотива между двумя сменами.

Нарезка смен локомотивных бригад, обслуживающих подталкивающий локомотив, по каждому «кольцу» реализуется с различных моментов начала прохождения «кольца», то есть выбираются различные стартовые нитки. Каждая реализация нарезки смен в обязательном порядке сопровождается последующим объединением коротких смен. В процессе перебора вариантов запоминается количество смен, необходимых для реализации оборота подталкивающих локомотивов на участке толкания, а также общая длительность оборота по времени. Во время перебора определяется значение минимального количества смен. Далее среди вариантов, удовлетворяющих критерию минимального количества смен, участвующих в обороте подталкивающих локомотивов, выбирается один единственный вариант, удовлетворяющий критерию минимальной длительности оборота по времени.

Найденный вариант, согласно упомянутым двум критериям, запоминается, его параметры записываются в базу данных.

Для случаев непарности короткая таблица ниток (или прямого, или обратного направления в зависимости от сложившейся ситуации) сначала дополняется ближайшими парными нитками либо из полного перечня ниток, относящихся к участку толкания, даже если пользователь предварительно не отметил их признаком участия в обороте подталкивающих локомотивов, либо среди ниток представленного в таблице перечня подбирается ближайшая, но используется не в точности она же, а создаётся её сущность-дубликат с пометкой «р», добавленной к номеру нитки, что означает «резерв».

После получения квази-парных перечней ниток начинает работать описанный ранее алгоритм для случая с выявленной парностью.

Для целей месячного нормирования с использованием той же модели, реализованной в АСОВ-ВКУУ, разработана имитационная модель в рамках системы АС ПРОГРЕСС.

В ИМ моделируется работа локомотивных парков на инфраструктуре ОАО «РЖД» (при перемещении рассчитанных поездопотоков с определением резервов и дефицитов поездных локомотивов).

Для расчёта потребного парка исправных локомотивов на планируемый месяц на основе переменной информации о плановых вагонопотоках используются следующие данные: среднесуточные на месяц, планируемые размеры грузового движения по расчётному участку отдельно для каждой категории поездов, а именно: число поездов - лёгких, обслуживаемых одиночной тягой; тяжёлых, обслуживаемых более мощными локомотивами или кратной тягой: двумя (тремя) локомотивами, каждый из которых управляется отдельной бригадой; двумя (тремя) локомотивами, работающими по СМЕ; сцепами локомотивов (заводского соединения); коэффициент транзитности поездопотока по техническим станциям; число вывозных и передаточных поездов по РУ; сетевая потоковая модель для определения порядка продвижения поездопотоков по сети УОЛ и УРЛБ.

При месячном нормировании парка исправных локомотивов грузового движения учитывается:

1. внутримесячная (суточная) неравномерность грузового движения в планируемом периоде;
2. влияние на коэффициент потребности посуточных колебаний планируемых на месяц размеров грузового и пассажирского движения, а также предоставление «окон» для выполнения ремонтно-путевых работ;
3. влияние на участковую скорость движения поездов таких факторов, как уровень надёжности работы технических устройств и подвижного состава φ' уровень технологической надёжности φ''.
4. влияние числа локомотивов, оборудованных системой многих единиц (СМЕ), на продолжительность их нахождения в пункте оборота;
5. технология поездной работы;
6. тяговое обслуживание грузового состава поезда (ТОГП);
7. влияние организации обслуживания поездных формирований собственников приватными локомотивами.

Таким образом, созданная сетевая потоковая модель для определения порядка продвижения поездо-потоков по сети УОЛ и УРЛБ позволяет производить нормирование работы локомотивов и локомотивных бригад в грузовом движении на различные горизонты.

Библиографическая ссылка:

Лаханкин, Е. А. Развитие алгоритмов и программных средств проектирования технологии и нормирования работы локомотивов и локомотивных бригад в грузовом движении / Е. А. Лаханкин, М. А. Агеева, И. С. Кондальцев, А. А. Подорин, А. И. Сафронов // Труды пятой научно-технической конференции с международным участием ИСУЖТ. - 17-18 ноября 2016. - С. 106-110.

Вложение: 13421543_2016_10_17_isuzht_lakhankin.pdf