Перед тем как приступить к разработке имитационной модели необходимо четко представлять себе поставленные задачи, которые предстоит решить с помощью модели. Именно постановка задачи позволяет понять и определить границы модели, ее детализацию. Последовательность проведения исследования с применением системы ИСТРА-САПР представлена на рис.13.
Рисунок 13 – Последовательность проведения исследования с применением системы ИСТРА-САПР
Разработка любой имитационной модели должно проходить следующие пять этапов:
1. Планирование
Определение границ модели и ее структурного состава. Данных необходимых для реализации технологического процесса, путевого развития, управления. Выработка предварительного плана исследований на модели. Определение и утверждение сроков разработки.
2. Сбор данных
Получение информации о путевом развитии, технологическом процессе, определение стратегий управления, сбор и анализ статистики, получение характеристик потоков и их структурного состава.
3. Разработка
Реализация имитационной модели, проведение тестирования, устранение пробелов в данных по структуре, технологии, управлению.
4. Подготовка и проведение экспериментов
Формирование вариантов модели по намеченным направлениям исследования. Определение и задание параметров проводимых экспериментов с корректировкой вариантов модели. Проведение экспериментов.
5. Анализ результатов
Проведение анализа полученных результатов. Формирование отчета по имитационному исследованию.
3.1 Планирование
Планирование является самым важным этапом в разработке имитационной модели. Именно на этом этапе уточняется постановка задачи на имитационное моделирование. Согласно постановки задачи определяются границы имитационной модели, и формируется концептуальная модель.
Концептуальная модель (содержательная модель) – это абстрактная модель, определяющая состав и структуру железнодорожной станции как объекта исследования, свойства элементов и причинно-следственные связи, присущие анализируемому объекту и существенные для достижения целей моделирования. В концептуальной модели обычно в словесной форме приводятся сведения о природе и параметрах (характеристиках) элементарных явлений исследуемого объекта, о виде и степени взаимодействия между ними, о месте и значении каждого элементарного явления в общем процессе функционирования объекта.
Следующим шагом на пути создания концептуальной модели служит выбор уровня детализации модели (стратификация). Модель объекта представляется в виде совокупности частей (элементов). В эту совокупность включаются все части, которые обеспечивают сохранение целостности объекта, с одной стороны, а с другой – достижение поставленных целей моделирования.
Намечаются эксперименты, которые необходимо будет провести на создаваемой имитационной модели, и определяются необходимый набор результатов, а также состав отчетных форм как итогового результата имитационного исследования.
После этого составляется план по сбору необходимых данных и уточняется, из каких источников эту информацию можно получить. Устанавливаются сроки сбора необходимых данных с выделением резерва времени на выполнение данных работ.
Планируются ориентировочные сроки разработки имитационной модели и её версий, отражающих направления имитационного исследования. Закладывается резерв времени на возможные уточнения отдельных версий модели и появление дополнительных версий, корректирующих направления исследования.
3.2 Сбор данных
Для построения имитационной модели железнодорожного транспортного объекта с применением программного комплекса «Истра-САПР», необходимо получить детальные сведения о путевом развитии объекта исследования и принятой (предлагаемой к реализации) технологии его работы, собрать и обработать статистический материал.
Для построения имитационной модели транспортного объекта необходим схематичный план путевого развития. Соблюдение масштаба не требуется. Сбор информации о схеме путевого развития и о технологии работы станции должен выполняться комплексно. Задавая в редакторе путевого развития схему транспортного объекта, нужно полностью представлять технологию работы. Это позволит в дальнейшем избежать необходимости корректировки схемы и технологии.
Для отображения технологии работы транспортного объекта необходимо выделить технологические операции.
Изучение технологии рекомендуется начать с ознакомления с технологическим процессом работы объекта. В процессе ознакомления необходимо поездопоток, с которым работает объект, разделить на категории. В одну категорию объединяются поезда с одинаковыми цепочками операций их обработки. Например, для сортировочной станции могут быть выделены следующие категории поездов:
- поезда, поступающие в разборку;
- поезда своего формирования;
- транзитные поезда с выполнением технического обслуживания (ТО) и сменой локомотива;
- транзитные поезда без выполнения ТО и сменой локомотивной бригады;
- транзитные поезда с изменением веса и длины, выполнением ТО и сменой локомотива.
Для грузовых станций могут быть выделены:
- поезда, поступающие в расформирование;
- маршруты, подающиеся на фронты погрузки (выгрузки) целиком;
- маршруты, подающиеся на фронты погрузки (выгрузки) группами;
- маршруты, подающиеся на подъездной путь клиента локомотивом собственника.
Для каждой категории поездов формируется своя цепочка технологических операций, выполняемых при их обработке (рис.14).
Рисунок14 – Пример цепочки технологических операций для поезда, поступающего в расформирование
После ознакомления с технологическим процессом работы и построения цепочек технологических операций для каждой категории поездов, необходимо провести интервьюирование работников объекта. Рекомендуется опрашивать, как руководителей объекта, так и работников на рабочих местах. На рабочих местах желательно беседовать с самым опытным работником. Если на объекте имеется несколько сортировочных систем, парков, горок, маневровых районов, то интервьюирование рекомендуется проводить с работниками каждой системы, парка, горки, маневрового района. В процессе диалога необходимо выяснить особенности работы, влияющие на:
- ход выполнения операций;
- последовательность операций в цепочке;
- предполагаемую продолжительность операций;
- возможные изменения в технологической цепочке операций.
Условия в процессе интервьюирования необходимо фиксировать как условия перехода от одной операции технологического процесса к следующей. По окончанию опроса рекомендуется внести корректировки в схемы цепочек технологических операций. Рекомендуемый вид цепочек после корректировки показан на рис. 15.
Результатом ознакомления с технологическим процессом работы объекта и интервьюирования, являются описания всех цепочек технологических операций на объекте.
Для подтверждения правильности описания технологического процесса рекомендуется выполнить натурное наблюдение за работой объекта с рабочих мест оперативного персонала (дежурный по станции, дежурный по парку, маневровый диспетчер).
При создании моделей для проектируемых объектов не всегда есть возможность ознакомиться с технологическим процессом, тем более провести опрос работников. В данном случае цепочки технологических операций формируются на основе типового технологического процесса. Так же могут быть известны некоторые местные условия, влияющие на выполнение некоторых операций или их очередности.
3.3 Разработка
При разработке имитационной модели железнодорожной станции необходимо придерживаться следующего порядка в выполнении этапов (рис. 16):
Порядок разработки.
1. Задание путевого развития
Формирование схемы путевого развития, задание параметров стрелок и путей. Разбиение схемы на элементы. Задание локомотивных районов и выделение в них основных элементов.
2. Задание станционных параметров
Задание направлений, внешних и внутренних назначений, локомотивов и бригад.
3. Разработка технологического процесса
Формирование дерева технологического процесса, задание специализации сортировочных парков.
Как видно из рисунка, этапы работы имеют сильную связанность. Недостаточная проработка этапа влечет за собой каскад изменений. Например, при реализации технологического процесса выясняется, что в одной из горловин не выделен фрагмент стрелочной группы, в виде соединительного пути, для разворота локомотива.
Рисунок 16 – Порядок выполнения этапов при разработке имитационной модели
Подобный недочет приводит к изменению путевого развития, а это изменение влечет за собой изменение ранее проложенных через данную группу стрелок маршрутов и приводит к неизбежной коррекции технологического процесса в части операций, использующих эти маршруты.
3.4 Подготовка к проведению экспериментов
Подготовка к проведению эксперимента начинается с планирования. Для планирования необходимо сформулировать цель исследования и определить возможные способы ее достижения. Для этого необходимо четкое понимание технологии работы объекта(станции) и влияния на нее технического оснащения. После формулирования цели и постановки задачи разрабатывается имитационная модель, направленная на изучение интересующей ситуации и выполняются расчетные эксперименты. При проведении экспериментов изучается влияние различных параметров на поведение транспортного объекта. Ценность проведенных экспериментов заключается в количественном и качественном подтверждении или опровержении предположений о работе объекта перед началом экспериментов. В результате проведенных экспериментов устанавливаются «узкие места» технологии и технического оснащения, на которые, в первую очередь, необходимо воздействовать для улучшения показателей работы объекта. Мероприятия по воздействию на «узкие места» можно разделить на технологические (изменение технологии работы) и технические (изменение технического оснащения, включая реконструктивные мероприятия – наиболее затратные). Эксперименты по оценке воздействия на «узкие места» объекта целесообразно начинать с технологических мероприятий, как наименее затратных. Однако, как правило, данные мероприятия не приносят значительного увеличения перерабатывающей способности, но их вполне может оказаться достаточно для работы на предстоящее время или переходный период, связанный с проведением реконструктивных мероприятий. По мере проведения экспериментов устанавливается влияние каждого из интересующих параметров на работу объекта. Чтобы выявить это необходимо при проведении эксперимента изменять значение только одного параметра, влияние которого изучается в данный момент. Последовательность проведения экспериментов (рис. 17) должна быть всегда направлена на результат, изначально сформулированный в цели исследования. Поэтому если результаты эксперимента свидетельствуют о том, что изменение параметра не влияет или перестало влиять на показатели поставленной цели, необходимо перейти к исследованию другого параметра. В последствие, когда установлено влияние всех исследуемых параметров, те из них, изменение которых позволило получить наилучшие результаты могут комбинироваться в различных сочетаниях для достижения большего эффекта. При выполнении экспериментов с комбинированием параметров необходимо также придерживаться принципов, изложенных выше.
Условные обозначения:
– вариант, не позволяющий улучшить показатели работы;
– вариант, позволяющий частично улучшить показатели работы;
– вариант, позволяющий улучшить показатели работы.
Рисунок 17 – Последовательность выполнения экспериментов
3.5 Анализ результатов
Последовательность проведения анализа результатов расчета имитационной модели следующая:
1. Проанализировать отчет «Анализ результатов моделирования системой ИСТРА-САПР» из среднесуточного отчета по прогону для каждого из реализованных прогонов.
2. Определить наихудший прогон из серии, и исключить его результаты из анализа.
3. Проанализировать работу модели с использованием суточного плана графика.
4. Проанализировать узкие места и занятость элементов с использованием специальных форм «ИСТРА-САПР» для путевого развития и технологического процесса.
5. Проанализировать работу локомотивов, используя инструменты «ИСТРА-САПР».
3.5.1 Отчет «Анализ результатов моделирования системой ИСТРА-САПР»
Установить причину возникшей проблемы можно по задержкам. Определить величину задержки возможно одним из следующих образов:
– по суточному план-графику;
– по табличным данным;
– по графическому представлению результатов моделирования.
3.5.2 Анализ работы модели по суточному план-графику
Анализ результатов работы модели по суточному план-графику сводится к оценке уровня задержек устройств и установлению причин возникновения задержек. Вид суточного план-графика представлен на рис. 18.
Рисунок 18 – Суточный план-график
3.5.3 Анализ «узких мест» и занятости элементов
Анализ «узких мест» и занятости элементовможно проводить по автоматически формируемым в результате расчета модели формам. Вид формы с задержками в операциях технологического процесса представлен на рис. 19. Вид формы загрузка устройств представлен на рис. 20. С помощью графического представления результатов моделирования можно наглядно увидеть проблемные элементы («узкие места») путевого развития (рис. 21) и операции технологического процесса, вызывающие высокий уровень задержек (рис. 22).
Рисунок 19 – Вид формы с задержками в операциях технологического процесса
Рисунок 20 – Вид формы «Загрузка устройств»
Рисунок 21 – Вид формы с «узкими местами» путевого развития
Рисунок 22 – Вид формы с «узкими местами» технологического процесса
3.5.4 Анализ работы локомотивов
При анализе работы локомотивов необходимо воспользоваться инструментом «Локомотивы» протокола работы модели в приложении «График исполненной работы по прогону» (рис. 23).
Рисунок 23 – Вид формы инструмента «Локомотивы»
В первую очередь стоит обратить внимание, на дерево локомотивов, представленное в левой части окна инструмента (рис. 24):
Рисунок 24 – Вид формы с отображением дерева локомотивов
Для тех локомотивов, слева от которых, указан красный квадрат следует проанализировать, по какой причине они не были возвращены в соответствующий район. Для этого необходимо выбрать локомотив в дереве, правой части окна инструмента будет отображен хронологический порядок операций, выполненных данным локомотивом (рис. 25).
Рисунок 25 – Вид формы с отображением хронологического порядка операций, выполненных локомотивом
Следует обратить внимание, на последнее событие, зарегистрированное для локомотива. Если это событие произошло не в конце модельного времени, то это может указывать на проблемный фрагмент технологического процесса, который может быть обнаружен при обращении к технологическому процессу в «ИСТРЕ-САПР» и поиску по названию операции последнего события с локомотивом.
Для анализа работы локомотивов во времени необходимо воспользоваться графиком исполненной работы локомотивов (рис. 26). На этом графике предоставлена информация по размещению локомотивов в районах и исполненная работа каждого локомотива.
Рисунок 26 – Вид формы с отображением фрагмента графика исполненной работы локомотивов
Вопросы для самоконтроля
1. Для расчета перерабатывающей способности станций не применяется:
а) аналитический метод;
б) линейное программирование;
в) имитационное моделирование;
г) графо-аналитический метод.
2. Какой метод расчета не отображает взаимодействие случайных процессов в работе станций и узлов:
а) имитационное моделирование;
б) аналитический вероятностный;
в) аналитический детерминированный;
г) теория массового обслуживания.
3. Графо-аналитический метод завышает перерабатывающую способность станции по причине:
а) не учитывает схему путевого развития;
б) не учитывает стохастичность транспортных процессов;
в) не учитывает работу маневровых локомотивов;
г) не учитывает управление в транспортной системе.
4. Имитационное моделирование является основой автоматизированной системы:
а) АСУ Станций;
б) ИСКРА-ППСС;
в) ИСТРА-САПР;
г) СИРИУС.
5. В Инструкции по проектированию станций и узлов перерабатывающая способность станций определяется:
а) при помощи имитационного моделирования;
б) по аналитическим формулам;
в) при помощи транспортной задачи;
г) построением суточного плана-графика.
6. Схема путевого развития в системе «ИСТРА-САПР» задается:
а) графически укрупнено, в «рыбках»;
б) графически подробно, вплоть до пути и стрелки;
в) в табличной форме;
г) не задается, принимаются типовые схемы.
7. Технологический процесс работы станции в системе «ИСТРА-САПР»:
а) используется типовой технологический процесс;
б) задается проектировщиком в виде последовательности каналов обработки поездопотока;
в) задается проектировщиком в виде последовательности операций;
г) формируется автоматически.
8. Наиболее точным методом расчета станций является:
а) графо-аналитический;
б) имитационное моделирование;
в) аналитический вероятностный;
г) аналитический детерминированный.
9. Имитационное моделирование – это:
а) расчет по строгим аналитическим формулам;
б) построение суточного плана-графика;
в) разработка транспортной задачи;
г) воспроизведение работы объекта на ЭВМ.
10. В чем основная причина занижения перерабатывающей способности станции аналитическим вероятностным методом:
а) не учитывается сложную схему путевого развития;
б) не учитывается стохастичность транспортных процессов;
в) не учитывается работу маневровых локомотивов;
г) не учитывается управление в транспортной системе.
11. Установите последовательность разработки имитационной модели:
а) разработка, сбор данных, планирование, подготовка к проведению экспериментов, анализ результатов;
б) сбор данных, разработка, планирование, подготовка к проведению экспериментов, анализ результатов;
в) планирование, разработка, сбор данных, подготовка к проведению экспериментов, анализ результатов;
г) планирование, сбор данных, разработка, подготовка к проведению экспериментов, анализ результатов.
12. Абстрактная модель определяет:
а) структуру и свойства элементов объекта исследования;
б) состав и причинно-следственные связи объекта исследования;
в) состав, свойства элементов и структуру объекта исследования;
г) состав, структуру, свойства элементов и причинно-следственные связи объекта исследования.
13. В порядок разработки имитационной модели не входит:
а) задание путевого развития;
б) задание станционных параметров;
в) разработка технологического процесса;
г) построение суточного план-графика.
14. Установите последовательность анализа результатов расчета имитационной модели:
а) занятость элементов, узкие места, потоки и простои;
б) узкие места, потоки, простои и занятость элементов;
в) потоки, простои, узкие места и занятость элементов;
г) последовательность значения не имеет.
15. Величину задержки невозможно определить:
а) по суточному план-графику;
б) по табличным данным;
в) по загрузке устройства;
г) по графическому представлению результатов моделирования.
16. Стратификация это:
а) последовательность выполнения экспериментов;
б) уровень детализации модели;
в) форма проведения анализа результатов расчета;
г) возможность изменения параметров имитационной модели.
17. Разработка технологического процесса имитационной модели предполагает:
а) задание информации о передвижениях;
б) задание информации о задержках, возникающих в процессе работы объекта;
в) отображение последовательности выполнения технологических операций;
г) задание информации о направлениях, назначениях, локомотивах и бригадах.
18. Технические мероприятия направлены на:
а) минимизацию технического оснащения;
б) изменение технического оснащения;
в) сокращение затрат;
г) увеличение перерабатывающей способности объекта.
19. Подготовка к проведению эксперимента начинается с:
а) постановки задачи;
б) планирования;
в) формулирования цели;
г) сбора исходных данных.
20. Для каких из перечисленных поездов, обслуживаемых на сортировочных станциях, не требуется выделения в отдельную категорию:
а) поезда, поступающие в расформирование;
б) местные поезда;
в) транзитные поезда с выполнением технического обслуживания и сменой локомотива;
г) транзитные поезда без выполнения и сменой локомотивной бригады.
транзитные поезда с изменение.
Список использованной литературы
1. Акулиничев, В. М. Организация перевозок на промышленном транспорте / В. М. Акулиничев. – М.: Высшая школа, 1983. – 247 с.
2. Савченко, И. Е. Железнодорожные станции и узлы / И. Е. Савченко, В. М. Акулиничев и др.; под. ред. В. М. Акулиничева. – М.: Транспорт, 1992. – 480 с.
3. Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог. – М.: ОАО «РЖД», 2011. – 289 с.
4. Автоматизированная система определения пропускной и перерабатывающей способности станций (ИСКРА-ППСС). Руководство пользователя. – М.: ВНИИАС, 2008.
5. Проектирование инфраструктуры железнодорожного транспорта (станции, железнодорожные и транспортные узлы): учебник / Н.В. Правдин, С.П. Вакуленко, А.К. Головнич и др.; под ред. Н.В. Правдина и С.П. Вакуленко. – М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2012. – 1086 с.