Розробка автоматизованої технології управління вагонопотоками на основі системної оптимізації плану формування поїздів

Abstract

UA: Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.01 – транспортні системи. – Український державний університет залізничного транспорту МОН України, Харків, 2017. Дисертацію присвячено питанню підвищення ефективності функціонування залізничної транспортної системи вантажних перевезень за рахунок зменшення непродуктивних вагоно-годин простою шляхом системної оптимізації плану формування поїздів (ПФП). Формалізовано технологію управління вагонопотоками на залізничній мережі, яка у вигляді оптимізаційної моделі вирішує задачу побудови ПФП як задачу стохастичної комбінаторної оптимізації, враховуючи параметри накопичення у ролі стохастичних змінних з метою покращення якості плану. На основі моделі розроблено метод автоматизованого розрахунку ПФП, що забезпечує можливість направлення вагонопотоків з відхиленням від найкоротшого маршруту з урахуванням обмежень на пропускну спроможність дільниць та пропускну і переробну спроможності станцій, використовуючи як механізм оптимізації математичний апарат генетичних алгоритмів. Формалізовано процедуру побудови оперативного плану роботи сортувальної станції як задачу теорії розкладу та розроблено метод його автоматизованої побудови, який дозволить на рівні оперативного планування забезпечувати виконання ПФП шляхом утримання параметрів накопичення у визначених межах, з метою забезпечення якісного виконання ПФП та мінімізації витрат від коливань обсягів вагонопотоків, використовуючі як механізм оптимізації математичний апарат генетичних алгоритмів комбінаторного типу. Запропоновану технологію управління вагонопотоками у вигляді комплексу взаємопов’язаних моделей інтегровано до автоматизованої системи, яка має трирівневу архітектуру і реалізує концепції системної оптимізації і стратегічного контролю. RU: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.01 – транспортные системы. – Украинский государственный университет железнодорожного транспорта МОН Украины, Харьков, 2017. Диссертация посвящена вопросу повышения эффективности функционирования железнодорожной системы грузовых перевозок за счет уменьшения непроизводительных вагоно-часов простоя путем системной оптимизации плана формирования поездов (ПФП). В работе проведен анализ технологий организации вагонопотоков на зарубежных железных дорогах и железных дорогах Украины и разработана автоматизированная технология управления вагонопотоками, которая использует существующую концепцию плана формирования поездов. Данная технология объединяет на основе системной оптимизации все уровни управления относительно задачи построения ПФП и контроля за его выполнением в условиях колебаний объемов вагонопотоков. Формализованная технология управления вагонопотоками на железнодорожной сети в виде оптимизационной модели решает задачу построения ПФП как задачу стохастической комбинаторной оптимизации, учитывая параметры накопления в качестве стохастических переменных с целью улучшения качества плана. Модель позволяет учесть ограничения по пропускной способности участков и по перерабатывающей и пропускной способности станций. Кроме того, при дефиците пропускных и перерабатывающих способностей элементов инфраструктуры модель позволяет направлять вагонопоток по альтернативному маршруту. На основе модели разработан метод автоматизированного расчета ПФП, который в качестве механизма оптимизации использует математический аппарат генетических алгоритмов. При оценке адекватности предложенного метода была использована тестовая задача, решение которой методами совмещенных аналитических сопоставлений и последовательного укрупнения струй представлено в научной литературе. Решение, найденное новым методом, оказалось более выгодным по критерию общих вагоно-часов на 3 %, чем решения, которые были найдены существующими методами. Формализована процедура построения оперативного планирования работы станций в виде задачи теории расписаний. Модель позволяет оптимизировать работу сортировочных станций в процессе выполнения ПФП путем обеспечения удержания величин параметров накопления по назначениям в определенных интервалах с целью минимизации непроизводительных вагоно-часов простоя, связанных с колебаниями объёмов вагонопотоков. В качестве механизма оптимизации предложено использовать генетический алгоритм комбинаторного типа. Результаты моделирования подтвердили, что предложенная модель позволяет построить рациональный план работы сортировочной станции, обеспечив при этом величины параметров накопления на уровнях, близких к тем, которые необходимы для эффективного выполнения ПФП. Предложенная технология управления вагонопотоками в виде комплекса взаимосвязанных моделей интегрирована в автоматизированную систему, которая имеет трехуровневую архитектуру и реализует концепции системной оптимизации и стратегического контроля. EN: V. Prokhorov Development of an automated technology of railcar flows control based on system optimization of the trains’ formation plan. – Manuscript. Dissertation for a for the degree of Candidate of Technical Science in speciality 05.22.01 – transport systems. – Ukrainian State University of Railway, MES of Ukraine, Kharkiv, Kharkiv 2017. The dissertation is devoted to the issue of increasing the efficiency of the rail transport system of freight transportation by reducing the idle car-hours by providing the system optimization of the train formation plan (TFP). Formalized the technology of railcar flows control of on the railway network, which, in the form of an optimization model, solves the problem of constructing TFP as a stochastic combinatorial optimization problem, taking into account accumulation parameters as stochastic variables in order to improve the quality of the plan. On the basis of the model a method of automated calculation of the TFP is developed, which provides the possibility of directing cars with deviations from the shortest route, taking into account the constraints on the throughput of railway lines and the throughput and processing capacity of stations, using as a mechanism of optimization the mathematical apparatus of genetic algorithms. The procedure for constructing the operational plan of the work of the switchyards as a task of the scheduling theory was formalized and the method of its automated construction was developed, which will allow at the level of operational planning to ensure the implementation of the TFP by maintaining the accumulation parameters within the specified limits, in order to ensure the qualitative performance of TFP and minimize the costs of fluctuations in volumes of cars, Using as a mechanism of optimization the mathematical apparatus of genetic algorithms of combinatorial type. The proposed railcar flow control technology in the form of a complex of interconnected models is integrated into an automated system that has a three-tier architecture and implements the concepts of system optimization and strategic control.