Организация планирования кольцевых маршрутов

Очистка вагонов выполняется также вручную. В этом случае на путь очистки, как правило, ставится вся группа вагонов, подлежащих очистке, но могут ставиться и отдельные отцепленные вагоны.

Распределение вагонопотоков по сменам на ГОКе №2 значительно более стабильно, чем на ГОКе №1. Так, прибытие порожних вагонов на станцию В за каждую из смен близко к 50% (зимой - 48 и 52%, летом - 52 и 48%). Менее равномерна подача вагонов на ГОК, здесь зимой в 1 смену подается 46%, во 2-ю - 54%, а летом - соответственно 41 и 59%. Распределение по сменам возврата вагонов с ГОКа лежит почти в таких же пределах: 55 и 45% зимой, 58 и 42% летом. Наибольшая сменная неравномерность характеризует отправление маршрутов с окатышами на МК: 63% летом и 67% зимой в первую смену, 37% летом и 33% зимой - во вторую.

3.3 Результаты статистических исследований по ГОКу №3

Суточное прибытие маршрутов из глуходонных полувагонов на станцию Б характеризуется такими же высокими показателями неравномерности, как и на остальных предприятиях: коэффициент вариации длительности интервалов между моментами прибытия маршрутов составляет 0,68-0,81, а значения этих интервалов изменяются от 30-45 минут до 32 и 41 часов, соответственно зимой и летом (результаты очень близкие к полученным на ГОКе №2) при среднем интервале 10-11 часов. В целом неравномерность подхода порожняков летом выше, чем зимой.

Состав порожнего маршрута достаточно стабилен (коэффициент вариации минимальный для всех трех ГОКов - 0,05-0,07), а доля маршрутов нормальной длины (56-60 вагонов) составляет 70-76 %, что также является наилучшим для рассмотренных комбинатов показателем. Поезда удвоенной длины за период наблюдений на ГОК №3 не поступали (максимальная длина 71 вагон), но в 7-11 % случаев состав прибывшего поезда был меньше нормы.

Состояние вагонного парка, характеризующееся соотношением количества годных и неисправных вагонов в составе прибывающих порожних маршрутов, не отличается от других ГОКов (что естественно, так как рассматривается тот же вагонный парк). В составе маршрута, в среднем, содержится 7-8 неисправных вагонов, что составляет 12-13 % состава поезда, но эта величина доходит и до 23-24 вагонов, т.е. до 40 % (и зимой, и летом), и в половине случаев доля “больных” вагонов превышает среднюю величину.

Ниже приведены месячные отчетные данные станции Б за октябрь 2000 года о распределении “больных” вагонов по типам неисправностей.

Рассмотрена такая величина, как интервалы между моментами прибытия порожних маршрутов, приходящиеся на один исправный вагон, что характеризует реальное обеспечение погрузки порожняком. При средней величине 13-16 минут, этот интервал колеблется в очень больших пределах (от 0,6 до 51,0 минут), а коэффициент вариации его значений близок к единице.

Поскольку пункты погрузки концентрата обслуживаются непосредственно станцией Б, следующей исследованной характеристикой явились интервалы между моментами подачи групп вагонов под погрузку. Эти интервалы составляют от 10 минут до суток и более, неравномерность подачи очень велика, особенно летом, когда коэффициент вариации достигает величины 1,16, а максимум интервала 29 часов. Частота подач зимой ниже, чем летом.

Количество вагонов в подаваемой группе - от 1 до 29. В 60 % (летом) - 75 % (зимой) случаев подаются группы длиной более 20 вагонов, а в 40-60 % случаев - группы длиной в полмаршрута, что соответствует нормальной технологии погрузки.

Результирующий показатель - интервалы между моментами подачи, приходящиеся на один поданный вагон, чрезвычайно нестабилен, особенно летом, когда его величина изменяется более чем в 400 раз (от 0,37 до 151,44 мин).

Статистические характеристики уборки вагонов с фронтов погрузки железорудного концентрата на станцию близки к характеристикам интервалов подачи: интервал между крайними значениями немного меньше, но вариация значений велика. Погрузка несколько “выравнивает” процесс, в частности, увеличивая минимальное значение интервала, приходящегося на один вагон с 0,37 до 0,74 минут.

Отправление груженых маршрутов с ГОКа №3 на металлургический комбинат характеризуется следующими параметрами:

средние интервалы между моментами отправления маршрутов зимой и летом почти полностью совпадают, т.е. среднегодовой поток стабилен;

минимальные интервалы (10 минут) также совпадают, но максимальные, и зимой достаточно большие (39 часов), летом возрастают до 54 часов;

показатели неравномерности потока груженых маршрутов (летом - 0,83) на ГОКе №3 несколько выше, чем на ГОКах №1 №2, но это отличие незначительно.

Состав отправляемого маршрута стабильнее, чем на других ГОКах. Маршруты нормативной длины (57-58 вагонов) отправлены в 83 % случаев зимой и в 94 % летом. Следует отметить, что состав отправляемого со станции Б маршрута не опускался ниже 57 вагонов и не превышал 62 вагонов ни летом, ни зимой.

Рассмотрено распределение прибытия порожних и отправления груженых вагонов по сменам. Для прибытия порожняков характерна значительная сменная неравномерность: в первую смену прибывает 60 % суточного объема, во вторую - 40 %. Зимой эти цифры составили соответственно 63 и 37 %, летом - 58 и 42 %. Отправление маршрутов с железорудным концентратом на металлургический комбинат более равномерно: зимой за 1-ю смену отправлено 57 % отгрузки, за 2-ю смену - 43 %, летом эти цифры близки к идеалу: 49 и 51 %. На ГОКе №2 и, особенно, ГОКе №1 сменная неравномерность значительно выше.

Продолжительность погрузки группы вагонов меняется от 5 до 270 минут (в среднем - 70-80 минут) и мало зависит от времени года. Более чем в 70 % случаев продолжительность погрузки составляет от 1 до 2 часов. Перепады продолжительности погрузки частично определяются количеством вагонов в группе, которое составляет от 1 до 29, что и определяет близкий к единице коэффициент вариации. В 66 % случаев зимой и в 61 % летом под погрузочный бункер подается группа в составе 24-29 вагонов, в остальных случаях состав группы меньше, вплоть до одного вагона.

Продолжительность погрузки, приходящаяся на один вагон, значительно более стабильна и почти в 80 % случаев составляет около 3,5 мин, а в 93-95 % случаев лежит в пределах 2,4-3,9 минут.

Смена групп вагонов под погрузочным бункером выполняется на ГОКе №3 локомотивом станции МПС, в связи с чем на комбинате ведется тщательный учет продолжительности этой операции. Средняя ее продолжительность составляет 77-87 минут, разброс велик: от 5 до 630 минут (в последнем случае следует говорить не о смене групп вагонов, а о перерыве в их подаче). В большинстве случаев (55% зимой, 61 % летом) смена групп вагонов длится до 75 минут, но и большие значения (75-140 минут) достаточно вероятны (около 30 %).

Расчет продолжительности маневров по смене групп вагонов, приходящейся на один вагон, не делает прогноз этой величины более достоверным. Разброс значений этой величины тоже велик, а коэффициент вариации значительно выше.

Рассмотрена продолжительность перерывов в работе пунктов погрузки железорудного концентрата на ГОКе №3 из-за ремонта оборудования. Причины и трудоемкость ремонта различны, поэтому различна и его продолжительность - от 5 до 140 минут. Тем не менее 58 % всех ремонтов (зимой - 65 %) длятся до 20 минут, а 80 % (зимой - 88 %) - до 35 минут, длительные остановки погрузки - явление редкое.

Количество перерывов в течение суток из-за ремонта оборудования колеблется от 0 до 6. В 57 % случаев перерывы не возникают, еще в 24 % случаев возникают 1-2 раза в смену.

Один из факторов, влияющих на отгрузку концентрата - простои из-за отсутствия (занятости) локомотивов. Продолжительность такого простоя, как правило, от 20 до 60 минут (82 % простоев), но возможны и более длительные - до нескольких часов (максимум - 4,5 часа), правда, с незначительной вероятностью. Зафиксированы отдельные не включенные в статистику простои продолжительностью в 8 и 14 часов.

Количество простоев погрузки из-за занятости локомотива не превышает двух случаев в сутки, в 75 % случаев такие простои не возникают, еще в 20 % суток возникают 1 раз.

Простои пунктов погрузки из-за отсутствия порожних вагонов - явление более частое, они возникают в 61 % суток, чаще всего - 1 раз (34 %) или 2 раза (23 %), изредка простои по этой причине возникают и 3-4 раза в сутки.

Продолжительность каждого простоя, вызванного отсутствием вагонов, зависит от времени их подхода и подачи под погрузку и колеблется в широких пределах - от 0,5 до 19,0 часов. Наибольшая вероятность (45 %) соответствует простоям продолжительностью от 0,5 до 3,0 часов, по мере увеличения длительности вероятность снижается.

Исследован общий показатель работы ГОКа №3 - суточный объем отгрузки железорудного концентрата в адрес металлургического комбината. При среднесуточной отгрузке 94 (зимой) - 101 (летом) вагонов колебания этой величины весьма существенны: от 4 до 209 вагонов, с коэффициентом вариации 0,44 - 0,45. Поскольку, как правило, железорудный концентрат отгружается отправительскими маршрутами, представил интерес анализ погрузки концентрата в объемах, кратных составу маршрута. Анализ показывает, что в 15 % суток на МК отгружается 1 маршрут, в 18 % суток - 2 маршрута, еще в 7 % суток - 3 и больше. В остальных случаях, а их большинство, объем отгрузки не кратен составу маршрута (17 % случаев - менее маршрута, 27 % - от 1 до 2 маршрутов, 16 % - от 2 до 3). В этих случаях часть вагонов остается под накоплением до маршрутной нормы.

Ниже приведены отчетные данные станции. Б об анализе грузового простоя местных вагонов, в том числе рудных вертушек, в январе - апреле 2001 - 2002 г.г. Оборот рудных вертушек дан как с учетом экспорта, так и без его учета. Данные станции Б об анализе грузового простоя местных вагонов за январь - май 2001 г. приведены с разбивкой простоя рудных вертушек (без учета экспорта) по элементам. Представляют интерес как общие данные об обороте рудных вертушек, так и последняя составляющая оборота - простой в ожидании отправления, которая ежемесячно рассчитывается и составляет важнейшую часть фактической продолжительности оборота. Все остальные составляющие приняты по нормативам и в данной отчетности постоянны. Три представляющих интерес показателя выделены в таблице 3.5. Как показано в таблице, оборот рудных вертушек может быть как меньше (январь-март), так и больше (апрель-май) общего оборота местных вагонов на станции.

Продолжительность простоя вертушек в ожидании отправления согласуется со статистическими данными (математическое ожидание - 8,7-10,1 часа). Эта величина является в настоящее время решающим элементом оборота рудных вертушек, составляя от 43 до 59 % его продолжительности.

На основе обработки данных о сверхнормативных простоях железорудных маршрутов на станции Б за январь - август 2001 г. выполнен анализ простоев по причинам. Выделены шестнадцать основных причин сверхнормативного простоя.

Таблица 3.5 - Некоторые усредненные показатели оборота вагонов на станции Б

Показатели	Месяцы 2001 - 2002 г.г.
	01	02	03	04	05
Оборот местных вагонов, час	23,56	26,12	29,07	26,88	22,86
Оборот рудных вертушек, час	19,60	19,70	24,66	27,44	23,36
Простой рудных вертушек в ожидании отправления, час	8,40	8,50	13,46	16,24	12,16
Доля простоя рудных вертушек в ожидании отправления в продолжительности их оборота	0,43	0,43	0,55	0,59	0,52

Среди причин сверхнормативного простоя выделяется “отсутствие локомотива” - 35,6 % маршрутов, существенна роль еще трех причин: нарушение погрузки (9,6 %), оформление документов (9,4 %), ожидание завершения “окна” (8,4 %). Причина “отсутствие порожняка” (3,5 %) означает невозможность завершения погрузки и формирования маршрута из-за отсутствия порожних вагонов.

Продолжительности простоев, вызванных разными причинами, различны. Наиболее продолжительны (по средним значениям) простои, вызванные оформлением документов (42,0 часа), плановым ремонтом погрузочного комплекса (33,5 часа), нарушением погрузки (33,5 часа) и др.

При анализе по минимальной продолжительности простоя первые две позиции занимают те же причины (25,5 и 23,8 часа соответственно), третьей становится подготовка вагонов рабочего парка для погрузки на металлургический комбинат при отсутствии требуемого количества глуходонных (19,6 часа).

Максимальная продолжительность простоя также сохраняет первое место за оформлением документов (97,0 часов), на второе и третье место выходят нарушение погрузки (84,3 часа) и задолженность клиента (77,8 часа), далее с почти равной продолжительностью следуют подготовка вагонов рабочего парка для погрузки на металлургический комбинат (63,0 часа), ожидание завершения “окна” (62,8 часа), плановый ремонт погрузочного комплекса (56,8 часа).

Поскольку самым частым причинам простоев соответствуют не самые большие продолжительности и наоборот, наиболее полную картину значимости различных причин дает суммарная продолжительность простоев по причинам. Как показывают приведенные результаты, наиболее значимы простои из-за отсутствия локомотива (33 % общей продолжительности простоев), что вызвано массовым характером этих простоев, далее следуют простои в ожидании оформления документов (17,6 %) и из-за нарушения условий погрузки (14,3 %).

Станция Б, как и другие станции сети, периодически готовит для Управления дороги анализ причин простоя местных вагонов на станции. Основные причины простоя, как правило, в этих отчетах повторяются.

3.4 Результаты статистических исследований по металлургическому комбинату

С целью анализа неравномерности прибытия железорудного сырья к потребителям выполнено статистическое исследование суточных объемов поступления этих грузов на металлургический комбинат.

Кроме того, для всех указанных грузов выполнено статистическое исследование отклонений объемов фактического суточного прибытия на комбинат от заявленных комбинатом объемов. Эта величина характеризует качество обслуживания комбината и поставщиками, и железной дорогой. Результаты статистических исследований обобщены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Результаты статистического анализа посуточногоподвода железорудного сырья к металлургическому комбинату

Станция отправления, назначения	Количество случаев /частоты случаев, %	Всего маршрутов
	один маршрут	два маршрута	три маршрута	четыре маршрута
Отгрузка, станция А	1/1	36/40	53/59	0/0	238/100
прибытие, станция Д	7/8	28/32	47/54	5/6	224/100
Отгрузка, станция Б	20/22	51/57	18/20	0/0	176/100
прибытие, станция Д	26/31	40/48	13/15	5/6	165/100

Общая оценка данных - распределения, имеющиеся на входе перевозочного процесса, «расплываются» на выходе - становятся ниже и шире, т.е. возрастает дисперсия. Характер изменения распределений для направлений А - Д и Б -Д, практически, одинаковый.

Рассмотрим отправление со станции А. Судя по оценкам частот, вероятный ритм отгрузки маршрутов такой: 2,3,3,2,3,3,2,3,3… Вероятный ритм прибытия этих маршрутов такой 1,4,2,3,3,2,3,2,4... Причина изменения - опоздания маршрутов (в данном примере - опоздали 4 маршрута из 24), по-видимому, более чем на 12 часов, т.е. более чем на 25% от времени хода по направлению. Аналогичная картина и для станции Б. Статистика для станции В наименее внятная, что не удивительно, поскольку в ней максимальное различие в количестве отправленных (240 маршрутов) и пришедших (216 маршрутов).

Еще большая неравномерность характерна для внутрисуточного прибытия маршрутных поездов с рудой к металлургическому комбинату.

Выполненный статистический анализ позволяет сделать однозначный вывод, что внутри суток маршрутные поезда прибывают хаотично.

Основной вывод - по мере продвижения уже гружёных маршрутов возрастает суточная неравномерность. Это может быть по причине, например, нехватки локомотивов или локомотивных бригад. Поскольку неравномерности подвода (от 1 до 4 маршрутов) по разным направлениям могут не совпадать, то, накладываясь друг на друга, они приводят к росту возможной суммарной суточной неравномерности у получателя (от 3 до 12 маршрутов).

Поэтому, для ликвидации недостатков и оптимизации издержек необходимо иметь новую систему управления согласованной доставки сырья кольцевыми маршрутами - «Автодиспетчер».

4. Управляющая система «Автодиспетчер»

4.1 Принципиальная схема управляющей системы «Автодиспетчер»

В результате проведенного анализа существующей организации грузоперевозок железнодорожным транспортом и перспектив ее развития в условиях реформирования отрасли была синтезирована полная функциональная схема автоматизированной управляющей системы доставки грузов маршрутными отправками на полигоне сети железных дорог с двумя контурами управления: оперативным и адаптивным. Ее базовым компонентом является модель управляемых процессов - процессов доставки грузов на заданном полигоне сети железных дорог (рисунок 4.1). В ней содержатся данные:

о топологии полигона, как совокупности выделенных грузовых и технических станций и участков следования, их связывающих;

о технологических операциях, выполняемых на заданном полигоне, и событиях, возникающих при их выполнении;

о грузоотправителях и грузополучателях, между которыми осуществляются перевозки на заданном полигоне;

о потоках грузов, предназначенных к перевозкам;

о подвижном составе, которым эти грузы перевозятся;

о маршрутах следования вагонов с грузами в составе поездов.

Оперативная модель процессов доставки, в первую очередь, используется для организации непрерывного слежения за ходом их выполнения. На основе модельных данных управляющей системой осуществляется выборка (фильтрация) из внешних информационных систем - источников первичной информации оперативных сведений (сообщений) о событиях, касающихся только управляемых процессов на заданном полигоне, их хранения и отображения в графической и табличной формах посредством пользовательского интерфейса (оболочки).

Далее, на основе данных оперативной модели, а также сведений о заявленных к перевозке объемах грузов и временных ограничений на выполнение технологических операций управляющей системой в интерактивном режиме осуществляется цикл планирования доставки грузов на заданном полигоне. Основная задача этого цикла - в соответствии с заданным набором критериев построить оптимальный план. После чего на его основе формируются задания исполнителям. Кроме того, параметры плана доставки предоставляются внешним информационным системам, занимающимся отраслевым планированием перевозок.

Порядок (бизнес-логика) составления плана и само его содержание существенным образом зависят от состава лиц, участвующих в его разработке и согласовании, протяженности полигона, видов грузовых отправок и их маршрутизации, степени детализации технологических операций и, наконец, от заданного набора критериев оптимизации. Но в любом случае планирование доставки грузов является:

а) календарным - в виде расписания доставки на плановый период;

б) ресурсным - в виде оценки величины парка подвижных средств, потребных для перевозки заявленных грузов.

Наряду с циклом планирования управляющей системой выполняется цикл оперативного управления процессами доставки грузов на заданном полигоне. Для этого постоянно проводится регистрация и последующий анализ временных отклонений в фактическом выполнении процессов доставки от запланированного и нештатных ситуаций, возникших из-за различного рода нарушений процессов доставки. Кроме того, управляющей системой осуществляется прогнозирование дальнейшего хода выполнения процессов доставки. Результаты оперативного анализа и прогнозирования отображаются в графической и табличной формах посредством пользовательского интерфейса. Диспетчер процессов доставки, включенный в контур оперативного управления, на основе полученной информации принимает соответствующие решения и с помощью программной системы оформляет их в виде управляющих воздействий, которые опять же системой доводятся либо до исполнителей, также включенных в контур управления, либо до внешних информационных систем. При необходимости диспетчер может формировать различного рода оперативные отчеты о ходе выполнения процессов доставки.

Непосредственную реализацию оперативного управления целесообразно выполнять на основе диспетчеризации. Концептуальная схема такой организации оперативного управления состоит из трех уровней: мониторинг, контроль, компенсация отклонений.

На первом уровне осуществляется мониторинг - слежение за общим ходом выполнения плана перевозки грузов маршрутными отправками. Для этого текущая информация об отклонениях фактической траектории движения каждой отправки, поступающая в реальном масштабе времени, распределяется по четырем значениям:

- функциональное отклонение, существенно не влияющее на достижение цели управления, т.е. когда маршрутная отправка идет по плану;

- граничное отклонение, требующее повышенного внимания к данной отправке и, возможно, определенных превентивных мер;

- предельное отклонение, требующего обязательного управляющего воздействия;

- аварийное отклонение, требующее отмены действующего плана по данной отправке, поскольку цель управления только за счет диспетчерского регулирования не может быть достигнута.

Для графического отображения накопленных отклонений можно использовать цветные индикаторы, разбитые на несколько зон. Каждая зона имеет свой цвет. Например: зеленый - для функционального значения; желтый - для граничного; красный - для предельного; белый - для аварийного. Чтобы показать динамику поведения объекта управления, помимо цвета целесообразно ввести еще и степень близости возникших отклонений к границам зон (по аналогии со стрелочными приборами).

Как только стрелка какого-нибудь индикатора переместится в желтую зону, диспетчер переходит на следующий уровень управления для детального контроля за состоянием маршрутной отправки. На этом уровне диспетчеру предлагается подробная сравнительная информация о том, где находится отправка, что с ней происходит, где она должна была находиться, что с ней должно было происходить в соответствии с планом, а также прогнозная информация о возможном развитии событий.

В случае если анализ состояния отправки позволяет сделать вывод о том, что динамика изменения фактической траектории ее движения имеет тенденцию к ухудшению или, если стрелка индикатора уже переместилась в красную зону, диспетчер переходит на третий уровень управления. На этом уровне он должен осуществить исчерпывающие управляющие воздействия для компенсации возникших отклонений с тем, чтобы не допустить переход стрелки в белую зону.

Реакция управляющей системы на аварийную ситуацию, когда, несмотря на все предпринятые меры оперативного управления, стрелка ушла в белую зону, требует специального порядка работы управляющей системы.

Помимо цикла оперативного управления, системой поддерживается и цикл адаптивного управления (лист 5). Для этого в информационном хранилище ведется учет и хранение всех исторических данных, имеющих отношение к процессам доставки на заданном полигоне. На основе этих данных осуществляется анализ качества выполнения процессов доставки. По его результатам аналитик проводит корректировку процессов доставки. Эта корректировка может состоять либо в редактировании модели процессов доставки, либо в изменении параметров реальных процессов, либо и в том, и в другом одновременно.

В качестве примера реализации синтезированной схемы автоматизированной управляющей системы доставки грузов маршрутными отправками «Автодиспетчер» в данном дипломном проекте рассматривается система согласованной доставки сырья кольцевыми маршрутами к металлургическому комбинату.

4.2 Подсистема планирования системы «Автодиспетчер»

4.2.1 Общие положения

Подсистема планирования системы «Автодиспетчер» состоит из двух частей: решающей и проверяющей. В решающей части находятся оптимизирующие модели, позволяющие найти оптимальную в динамике схему грузопотоков в виде календарного плана отправления и продвижения груженых и порожних кольцевых маршрутов на заданном полигоне сети железных дорог.

В проверяющей части находится имитационная модель, которая подробно отображает функционирование управляемого объект - процесса доставки грузов маршрутными отправками на заданном полигоне сети железных дорог. Работая частично-формализованными знаниями, имитационная модель воспроизводит (имитирует) технологический процесс и определяет его показатели.

Таким образом, если оптимизирующая модель рассчитывает в динамике схему грузопотоков, то имитационная модель проверяет реализуемость этой схемы. Кроме того, имитационная модель позволяет количественно оценить погрузочные ресурсы, требуемые для выполнения плана в условиях воздействия различных возмущений (отклонения от нормативов продвижения, погрузки, выгрузки и пр.)

4.2.2 Постановка задачи. Потоковая модель

Для расчета плана перевозок на уровне управления грузопотоками используется класс динамических потоковых моделей под общим названием «Динамическая транспортная задача с задержками» (ДТЗЗ) и Метод динамического согласования производства и транспорта (лист 6). Это продвинутые в динамическую область разработки Данцига и Канторовича в области линейного программирования. Исходной является транспортная задача в сетевой постановке. В нее внесена динамика, т.е. время. Задача позволяет рассчитать схему грузопотоков и вагонопотоков с минимальными затратами на перевозку с учетом:

топологии заданного полигона доставки грузов;

пропускной способности участков;

стоимости доставки по направлениям;

перерабатывающей способности станций;

путевого развития станций и вместимости складов;

ритмов работы отправителей и получателей из-за задержки доставки груза или у отправителя из-за задержки подачи порожняка.

В результате рассчитывается наилучшая (в смысле минимума затрат) схема грузопотоков. Схема может быть рассчитана на несколько суток вперед, начиная с любого момента, и с учетом того, что часть грузов уже находится в пути. Параметры задачи - пропускные способности, стоимостные характеристики - могут изменяться во времени.

Исходная математическая модель ДТЗЗ такова: заданный полигон сети железных дорог состоит из пунктов производства

и пунктов потребления

,

соединенных направленными дугами

.

В дискретные моменты t0,1,…T времени на полигоне производится, перемещается и поглощается k видов продукции (грузов)

В качестве критерия оптимальности используется сумма транспортных расходов J1, расходов на хранение J2 и затрат на перестройку производственных программ J3, которую надо минимизировать:

,	(4.1),
где	(4.2),
	(4.3),
	(4.4).

Здесь:

- искомые объемы поставок r -го вида продукции из i-го пункта в j-й;

- расходы на транспортировку единицы продукции r-го вида;

- расходы на хранение единицы продукции r-го вида продукции у производителя и получателя;

-искомые запасы r-го вида продукции у производителя и у получателя;

- затраты на корректировку программ производства и потребления;

- искомые корректировки программ производства и потребления;

- время без поставок из-за транспортных запаздываний;

- начальный момент времени.

Ограничения:

а) на динамику запасов у производителей

	(4.5),

б) на динамику запасов у потребителей

	(4.6),

здесь - программы производства и потребления;

в) в начальный и конечный момент времени

	(4.7),
	(4.8),

г) на неотрицательность запасов, поставок и корректирующих переменных

, ,	(4.9),

д) на пропускные способности дуг и емкости складов у производителя и у получателя

,	(4.10),
	(4.11).

Описание согласованной доставки сырья кольцевыми маршрутами в терминах ДТЗЗ позволяет учитывать:

выделенные для перевозки сырья «твердые» нитки нормативного графика движения на заданном полигоне (точнее, наличие любых заранее проложенных ниток на протяжении всего планового периода);

существующую разницу в величине времени хода по разным ниткам одного направления перевозки.

Для полноценного функционального применения моделей планирования на базе динамической транспортной задачи с задержками требуется задание подробной программы внутрисуточного потребления сырья металлургическим комбинатом. Это необходимо и по той причине, что движение вертушек должно осуществляться по выделенным ниткам нормативного графика движения поездов, которые имеют точное позиционирование на временной шкале периода планирования.

В тоже время специфика организации производственного процесса на металлургическом комбинате такова, что для его нужд вполне достаточно обеспечения только посуточного подвода вертушек с сырьем от каждого из трех поставщиков. Причем, этот посуточный подвод должен быть в среднем равномерным (для поставщиков равномерная по суткам погрузка сырья в вертушки также желательна).

Поэтому в цикле планирования СДС КМ появляется новая задача генерации желаемой программы равномерного суточного потребления с привязкой к выделенным ниткам нормативного графика движения. Расчет такой программы нетривиален в силу действия следующих факторов, способствующих возникновению суточных неравномерностей.

а) Неравномерность по суткам возникает в связи с округлением из-за дискретности перевозок месячного объема груза маршрутами. Эта неравномерность будет проявляться в том, что в отдельные сутки будет заказываться на один маршрут больше или меньше среднего количества.

б) Наличие возможных ограничений во времени в виде плановых «окон», как в графике движения, так и в графиках погрузки/ выгрузки сырья, что приводит к необходимости отмены части выделенных для СДС КМ ниток.

Таким образом, первая неравномерность возникает до решения задачи планирования, а вторая во время ее решения, как результат выбора ниток в условиях введения «окон» в графиках движения и погрузки/выгрузки.

4.2.3 Имитационная модель подсистемы планирования

Имитационное моделирование является формой расчёта значений показателей некоторого объекта, зависящих от его динамических (меняющихся во времени) характеристик, через воспроизведение на математической (алгоритмической) модели поведения этого объекта в предлагаемых обстоятельствах. Возможность применения имитационного моделирования обусловлена, как правило, наличием следующих предпосылок:

- дискретизация времени через введение отсчётов;

- выделение состояний объекта в отсчёты времени;

- пересчёт текущего состояния в будущее.

Основная причина применения имитационного моделирования - это невозможность получения для значений динамических характеристик объекта «быстро» вычисляемой (аналитической) формулы, как функции значений параметров, обуславливающих существование объекта.

Железнодорожная сеть, рассматриваемая с позиций обслуживания потока заказов на перевозки, состоит из большого количества контактирующих агентов, занимающих и высвобождающих ресурсы (погрузочные мощности, пути раздельных пунктов, перегоны, нитки графика движения, вагоны, локомотивы, локомотивные бригады, обслуживающий персонал и пр.), нужные для выполнения перевозок. Мобильные ресурсы (вагоны, локомотивы, бригады) имеют различные циклограммы и полигоны обращения: вагоны могут обращаться в пределах всей сети; локомотивы и бригады - в пределах своих участков. Приём заявок на перевозки грузов происходит непрерывно и асинхронно в разных узлах сети, параметры заявок случайные.

Случайный поток заявок на перевозки порождает случайные (как по направлениям, так и по объёмам) потоки маршрутов и поездов на сети. Маршрутные отправки в составе поездов, перевозимые от границ одного участка обращения локомотивов и бригад к границам другого, постепенно, с ожиданиями локомотивов, бригад, свободных ниток, перемещаются от станции отправления к станции назначения. Вагоны с немаршрутными отправками перерабатываются на сортировочных станциях, дожидаясь накопления на полный «попутный» состав (всякий раз новый).

Характер протекающих на сети процессов таков, что при оценивании времени выполнения некоторого множества перевозок нужно либо моделировать функционирование всей сети, на вход которой поступает случайный поток заявок на перевозки, либо моделировать функционирование полигона, на котором осуществляется заданное множество перевозок, и на вход которого поступает свой поток заявок, а на его стыковые (граничные) станции поступает поток маршрутов и поездов, порождённых случайным потоком заявок, принятыми на той части сети, которая не вошла в модель.

Разработка полномасштабной имитационной модели функционирования сети железных дорог России является чрезмерно трудоемкой задачей, которая вряд ли будет решена в обозримом будущем. Поэтому в данном дипломном проекте речь идет об имитационном моделировании функционирования отдельного полигона сети железных дорог России, а конкретно полигона доставки сырья для Череповецкого металлургического комбината.

Имитационная модель функционирования полигона доставки сырья для Металлургического комбината предназначена для анализа плана доставки грузов кольцевыми маршрутами (далее, просто плана) и выполняет следующие задачи:

1) тестирование плана на предмет его выполнимости в условиях воздействия внешних возмущений;

- оценка величины технологического резерва перевозочныхсредств - вертушек (режим «Расчет»);

- оценка процента выполнения плана при различной величинетехнологического резерва (режим «Прогноз»);

2) моделирование оперативного управления выполнением плана (режим «Тренажер»).

Входными параметрами модели являются: сформированный план;

ограничения во времени на погрузку и на выгрузку, установленные со стороны грузополучателей и грузоотправителей ограничения на движение, установленные на железных дорогах; информация о полигоне доставки и управляющие воздействия в режиме «Тренажер».

Вход и выход системы имитационного моделирования представлен на рис. 4.1.

Структура системы представлена на рис. 4.2. и состоит в свою очередь из следующих подсистем:

1. Подсистема обработки входных данных - извлекает и перерабатывает в необходимый для системы вид данные о полигоне, тестируемом плане и ограничениях, установленных на период моделирования, из базы данных.

2. Подсистема инициализации - подготавливает модель к запускуочередного прогона.

3. Модель управляемого объекта, которая описывает структуру ипорядок исполнения технологических операций на полигоне, представлена ввиде совокупности связанных в технологическую схему моделируемых объектов.

4. Подсистема формирования выходных данных - обрабатывает данные, собранные за время проведения экспериментов над моделью и выдает ее итоговую информацию.

5. Интерфейсы для взаимодействия с пользователем - позволяютпользователю задавать желаемое количество экспериментов, просматриватьих результаты.

6. Подсистема обработки и сбора данных о прогоне - собирает и обрабатывает данные, получаемые при проведении экспериментов.

7. Подсистема разрешения критических ситуаций - обеспечиваетбесперебойную работу испытания в случае возникновения критической ситуации.

8. Подсистема обеспечения автоматического прогона модели - координирует действия других подсистем, следит за ходом испытания.

9. Подсистема обеспечения серии прогонов -- позволяет осуществитьзаявленное количество испытаний, хранить данные по каждому из испытаний.

10. Подсистема анализа «что-если» - позволяет обыгрывать различные стратегии управления на полигоне доставки

4.3 Подсистема оперативного управления системы «Автодиспетчер»

План согласованной доставки доводится до всех исполнителей, после чего наступает этап оперативного управления. Целью оперативного управления является обеспечение перевозки запланированных объемов металлургического сырья выделенным парком вертушек в соответствии с заданным суточным ритмом. Объектом управления служат специализированные погрузочные ресурсы - вертушки с замкнутым циклом обращения на выбранном полигоне.

Слежение за рейсами вертушек осуществляет подсистема мониторинга, которая отображает текущее состояние процесса согласованной доставки.

При этом контролируются:

порядок обращения вертушек на полигоне;

целостность закрепленного за полигоном парка подвижного состава;

время выполнения выделенных технологических операций;

заадресовка порожних вертушек в следующих плановых рейсах;

состояние динамического резерва.

С учетом принципов, сформулированных выше в пункте 4.1., для оценки величины отклонения прогнозной траектории от плановой в подсистеме мониторинга используются четыре зоны диспетчерского управления с цветовой индикацией ( Лист 8).

Функциональная зона. Пока прогноз готовности порожней вертушки к отправлению в следующий рейс - контрольная точка (КТ) находится в этой зоне, текущий рейс идет по плану. Прогноз на графике окрашен в зеленый цвет.

Граничная зона. Попадание прогнозной КТ в эту зону означает, что вертушка выполняющая текущий рейс, из-за отклонений начинает не успевать к отправлению в свой следующий плановый рейс. Прогноз окрашен в желтый цвет.

Предельная зона. Переход прогнозной КТ в эту зону свидетельствует о том, что отставание данного рейса от планового графика оборота приняло угрожающий характер. Вертушка уже явно не успевает к отправлению в следующий плановый рейс. Прогноз окрашен в красный цвет.

Аварийная зона. Нахождение прогнозной КТ в этой зоне означает, что вертушка безнадежно опоздала в свой следующий плановый рейс. Прогноз окрашен в белый цвет.

Задачей диспетчера согласованной доставки является обеспечение отправления порожних вертушек в очередные рейсы после их выгрузки на металлургическом комбинате в соответствии с ритмом, заданным в плановом графике оборота. Такая постановка задачи диктуется двумя обстоятельствами - замкнутым циклом обращения вертушек на полигоне и значительным превышением емкости погрузочных фронтов на ГОКах над размерами разовой маршрутной отправки.

Поскольку согласованная доставка, состоящая из определенной последовательности технологических операций, протекает в условиях воздействия внешних возмущений, для поддержания заданного ритма отправления порожних вертушек в рейсы существуют только две возможности: либо вертушка своевременно возвращается из очередного рейса, чтобы отправится в свой следующий плановый рейс, либо, если этого не происходит, вместо нее в следующий рейс уходит другая вертушка. Реализация первой возможности сводится к изменению длительности операций. Для реализации второй возможности в управляющей системе используется динамический резерв, о котором говорилось выше.

Управляющие воздействия, направленные на поддержание заданного ритма отправления порожних вертушек в рейсы, выполняются по следующим правилам:

если вертушка отклонилась от планового графика оборота, но еще успевает в свой следующий рейс ( граничная зона диспетчерского управления ), ее маршрутная скорость может быть увеличена;

если вертушка отклонилась от планового графика настолько, что даже не смотря на попытки увеличить ее маршрутную скорость, она не может успеть в свой следующий рейс (предельная зона), она с этого рейса снимается и отправляется в динамический резерв, а вместо нее в рейс из резерва отправляется другая вертушка.

Для автоматизации управления заадресовкой порожних вертушек в плановые рейсы была разработана мнемосхема (рис. 4.3.) на основе синтезированного графа состояний рейса (рис.4.4.). Описание состояний представлено в таблице 4.1, а условий переходов из одних состояний в другие - в таблице 4.2.

На мнемосхеме все возможные состояния текущих рейсов вертушек относительно плановой КТ «Отправление порожней вертушки» в следующий рейс отображаются набором графических символов, расположенных на оси времени для каждого из трех маршрутов следования. Для удобства работы диспетчера на мнемосхеме также имеется несколько вертикальных линий

(рис 4.6.). Среди них базовая - линия текущего времени. Справа от линии текущего времени на расстоянии а, равном нормативной продолжительности технологической операции «Обработка порожней вертушки по отправлению на станции примыкания», расположена первая пунктирная линия. Совмещение этой линии с любой из плановых КТ «Отправление порожней вертушки» в рейс сигнализирует диспетчеру о том, что с этого момента должна начаться подготовка порожней вертушки к отправлению.

Крайняя слева пунктирная линия - линия запрета на отправление вертушки в рейс - отстает от линии текущего времени на расстояние - b, равное нормативной продолжительности предельной зоны диспетчерского управления. Справа от линии запрета на расстоянии - a, равном нормативной продолжительности технологической операции «Обработка порожней вертушки по отправлению на станции примыкания», расположена еще одна пунктирная линия. Между этими двумя пунктирными линиями расположена зона, окрашенная в красный цвет. Если к моменту перехода КТ «Отправление порожней вертушки» в эту зону окажется, что подготовка вертушки к отправлению в рейс еще не началась, эту вертушку уже нельзя отправлять в рейс. В этом случае рейс будет считаться сорванным.

Управляющие воздействия в системе оформляются двумя типами электронных документов: приказ и рекомендация. Рекомендация является документом непрямого действия и предназначена для информирования оперативного дежурного по дороге службы движения о внесении необходимых изменений в порядок предстоящего проследования опаздывающей вертушки. В управляющей системе имеется возможность оформить два вида рекомендации: о нагоне порожней вертушки и о сокращении опоздания груженой вертушки. Приказ является документом прямого действия. С его помощью выполняется направление вертушек в динамический резерв и заадресовка порожних вертушек из резерва.

5. Эффективность внедрения автоматизированной системы управления

5.1 Технико-экономическая характеристика системы «Автодиспетчер»

Внедрение данной системы позволило:

- за счет синхронизации и согласования действий трех ГОКов; двух железных дорог, а также самого металлургического комбината обеспечить перевозку запланированных объемов сырья минимально возможным парком и с минимально возможными издержками для всех участников перевозочного процесса;

за счет поддержания устойчивой транспортной связи поставщиков и потребителя обеспечить сокращение сырьевых запасов на металлургическом предприятии с целью высвобождения оборотных средств.

Затраты на внедрение системы «Автодиспетчер» составляют 4 млн. рублей.

Работы по созданию автоматизированной управляющей системы согласованной доставки сырья кольцевыми маршрутами «Автодиспетчер» для рассматриваемого металлургического комбината велись отделением разработки управляющих систем ВНИИАС в соответствии с указанием МПС России от 1103.02 г. № Д-192у. Система разрабатывалась и внедрялась поэтапно:

I этап. Апрель 2002 г. Подсистема технологического мониторинга доставки рудного сырья для металлургического комбината;

II этап. Декабрь 2002 г Подсистема управления вагонным парком на полигоне доставки рудного сырья для металлургического комбината;

III этап. Декабрь 2003 г. Подсистема оперативного управления выполнением плана согласованной доставки сырья для металлургического комбината.

До внедрения системы статистический анализ существующего процесса доставки сырья на металлургический комбинат показал, что по мере продвижения груженых маршрутов возрастает суточная и внутрисуточная неравномерность. Это происходило по причине недостаточной технологической дисциплины, просчетов при планировании поездной работы в дни предоставления окон, нехватки локомотивов или локомотивных бригад. Поскольку неравномерности подвода (от 1 до 4 маршрутов) по разным направлениям могут не совпадать, то, накладываясь друг на другу, они приводили к росту возможной суммарной суточной неравномерности у получателя (от 3 до 12 маршрутов).

5.2 Расчет экономии капитальных вложений от сокращения вагонного парка

В результате преддипломной практики были получены следующие данные:

- до внедрения системы «Автодиспетчер» на рассматриваемом полигоне ходило 55 составов;

- на данный момент (после внедрения системы) - 42 состава.

То есть экономия рудных вертушек составляет 55-42=13 составов в год.

Тогда годовая экономия вагонного парка будет равна

, вагонов,	(5.1)

где - количество вагонов в маршруте (составе), равное 58.

вагона.

Экономию капитальных вложений в вагонный парк определим по формуле



, тыс. рублей,	(5.2)

где - средняя стоимость одного полувагона, равная 900 тыс. рублей.

=678600 тыс. рублей.

Экономия на развитие ремонтной базы (в размере 10% от стоимости вагонного парка [9]) составит

тыс. рублей.

Общая экономия капитальных вложений будет равна

, тыс. рублей,	(5.3)

тыс. рублей.

5.3 Расчет прибыли от дополнительной перевозки груза

кольцевой маршрут доставка сырье груз

Высвободившиеся вагоны дороги передают в общий вагонный парк МПС. Далее эти вагоны могут быть предоставлены под перевозку любых других грузов.

Размер дополнительной прибыли от предоставления вагонов под сверхплановые перевозки грузов на один вагон рабочего парка в сутки определяется по формуле



, тыс. рублей,	(5.4)

где - среднесетевая доходная ставка за перевозку грузов в прямом сообщении, 310,68 коп./10ткм;

- среднесетевая себестоимость грузовых перевозок для всех видов тяги, 103,18 коп./10ткм (данные из [9]);

- среднесуточная производительность вагона рабочего парка, рассчитываемая по формуле

, ткм/сут.,	(5.5)

где- динамическая нагрузка цельнометаллического глуходонного полувагона для перевозки руды, принимаемая равной 45 т. [ 10 ];

- среднесуточный пробег вагона рабочего парка, км/сут.

Среднесуточный пробег равен отношению полного рейса к обороту вагона

, км/сут.,	(5.6)

Полный рейс вагона равен сумме груженого и порожнего рейсов. В данном случае . По данным раздела 1 дипломного проекта средний полный рейс вагона составит

км.

Оборот грузового вагона равен отношению рабочего парка вагонов к его работе . Рабочий парк вагонов составляет . А работу парка вагонов определим по данным раздела 1: вагонов. Таким образом, оборот составит:

сут.

Тогда км/сут.

ткм/сут.

руб./ваг.сут.

На весь сэкономленный парк в течение года дополнительная прибыль составит

, тыс.рублей.	(5.7)

тыс. рублей.

Экономию от ежегодных отчислений на реновацию (амортизационные отчисления) можно определить по формуле

тыс. рублей,	(5.8)

где - нормы амортизационных отчислений, для полувагонов составляют 4,5% (по данным [ 9]).

тыс. рублей.

Ежегодная прибыль от внедрения системы составит

882975,5+30537=913512,5 тыс. рублей.

5.4 Расчет показателей экономической эффективности

Исследования показывают, что в части развития системы организации вагонопотоков новые технические проекты окупаются в первом году реализации [11]. Поэтому срок окупаемости необходимо определять в расчете на месячный интервал через дисконтирование.

Определим чистый доход от внедрения системы «Автодиспетчер»

тыс. рублей,	(5.9)

где - горизонт расчета, равный 4 годам;

- результаты (доход), достигаемый на t -ом шаге (величина расчетного шага t=1 год);

- суммарные инвестиционные и эксплуатационные затраты.

Чистый дисконтированный доход рассчитываем по формуле

тыс. рублей,	(5.10)

где - норма дисконта (условно принимается равной процентной ставке ЦБ РФ - 0,16);

- рисковая поправка, ( при вложении в надежную технику - 0,03).

Эксплуатационные затраты не меняются, поэтому в расчетах не рассматриваются.

тыс. рублей

тыс.рублей

Срок окупаемости капитальных вложений на внедрение системы «Автодиспетчер» можно определить из выражения

	(5.11)

-временной период от начала реализации проекта, за который капитальные вложения покрываются суммарной прибылью, т.е. срок возврата затрат.

Коэффициент дисконтирования на месячный интервал Енп=0,16/12=0,0133, а рисковый коэффициент z=0,03/12=0,0025. Месячный результат принимаем 913512,5/12=76126,04 тыс. рублей.

Расчет срока окупаемости сведем в таблицу 5.1

Таблица 5.1 - Расчет срока окупаемости

Номер месяца расчетного периода
1 2	1,0158 1,0318	74941,96 148721,80	4000 4000	74941,96 73779,84

Таким образом, внедрение системы окупится менее чем через месяц.

5.4 Определение экономической эффективности для металлургического предприятия

Как уже указывалось выше внедрение системы согласованной доставки сырья приносит выгоду и для рассматриваемого металлургического комбината. Комбинат получает гарантированную возможность сокращения сырьевых запасов на 20%.

На комбинате должны существовать склады страховых запасов емкостью не менее 20 дней. Т. е. Номинальная емкость склада будет равна

, тонн,	(5.12)

где - суточное прибытие грузов с трех ГОКов, в вагонах (по данным раздела 1: 141+106+161=408);

- грузоподъемность полувагона, принимаем 69 т;

- минимальный срок хранения запасов, 20 дней.

тонн.

Таким образом с внедрением системы сырьевые запасы сократились на

тонн.

При этом высвободились оборотные средства на сумму



, тыс. рублей,	(5.13)

где - стоимость одной тонны груза - обогащенной руды, равная 1,5 тыс. рублей.

тыс. рублей.

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Организация рабочего места поездного диспетчера

Охрана труда - система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Научно-технический прогресс внес серьезные изменения в условия производственной деятельности работников умственного труда. Их труд стал более интенсивным, напряженным, требующим значительных затрат умственной, эмоциональной и физической энергии. Это потребовало комплексного решения проблем эргономики, гигиены и организации труда, регламентации режимов труда и отдыха.

Задача улучшения условий труда и обеспечения его безопасности вызывает необходимость использования достижений многих, изучающих различные стороны трудовой деятельности человека, к которым относятся:

- социально-правовые и экономические науки - трудовое право, социология, научная организация труда, экономика, организация и планирование производства и другие;

- медицинские науки - гигиена труда, производственная санитария, промышленная токсикология, физиология труда, психология труда и другие;

- технические науки - общие инженерные и специальные профилирующие дисциплины, техника безопасности, эргономика, техническая эстетика, противопожарная техника и другие.

Все они изучают какую-либо из частей большой комплексной охраны труда, из их сведений путем логического синтеза (а не механического соединения) можно подготовить инженерное решение при разработке технологических процессов, конструировании оборудования, проектирования предприятий.

В данном разделе дипломного проекта будет произведен расчет освещения рабочего места диспетчера и спроектировано оптимальное рабочее место с точки зрения эргономики.

6.1.1 Психологическая характеристика деятельности диспетчеров

В связи с широким внедрением новой техники на железных дорогах и повышением скоростей движения поездов трудовая деятельность диспетчерско-операторских служб железнодорожного транспорта стала более напряженной.

Характерным для труда поездных, узловых, локомотивных и маневровых диспетчеров, а также энергодиспетчеров, дежурных маршрутно-релейной централизации и операторов механизированных горок является прежде всего то, что они работают со сложными механизмами, одновременно наблюдая за многими изменяющимися во времени процессами. Такая работа требует мгновенного переключения внимания и быстрой подачи команд (распоряжений) подчиненному персоналу. Для труда этой группы работников характерно также чувство большой ответственности и напряженности вследствие того, что минимальное отклонение от разработанного плана или графика, непредвиденные помехи и ошибки, технические неполадки и т. п. могут вызвать неисправимые дефекты в работе транспорта. Кроме того, решение множества практических задач диспетчерские работники осуществляют в условиях строго определенного и регламентированного времени. Все это обусловливает частое возникновение ярко выраженных эмоций при неполадках в работе.