Существующие методы расчета транспортных систем

Обоснование использования имитационного моделирования в качестве инструмента для расчета пропускной способности и рациональной технологии работы

Существующие методы расчета транспортных систем

Исторически первым сложился аналитический подход к исследованию систем, когда ЭВМ использовалась в качестве вычислителя по аналитическим зависи­мостям. Анализ характеристик процессов функционирования боль­ших систем с помощью только аналитических методов исследова­ния наталкивается обычно на значительные трудности, приводящие к необходимости существенного упрощения моделей либо на этапе их построения, либо в процессе работы с моделью, что может привести к получению недостоверных результатов. Так, в транспортных системах с сильной структурной и технологической связностью невозможно корректно задать пропускную способность элемента, рассматриваемого изолированно. Цикл его использования имеет довольно сложную структуру (рисунок 1.1). Он включает в себя кроме предусмотренной по технологии длительности использования элемента в одной операции и другие составляющие:

- – технологическую задержку. Операции находятся в сложном взаимодействии в технологическом процессе. Поэтому невозможно обеспечить непрерывное использование каждого элемента в последовательности операций. Например, после роспуска состава с горки может происходить осаживание и, естественно, горка в это время не может быть использована для следующего расформирования;

- – структурная задержка по входу. Даже при отсутствии технологической задержки может быть перерыв в использовании элемента, ибо при выполнении начавшейся операции могут возникнуть задержки из-за занятости предыдущих элементов;

- – структурная задержка по выходу. Элемент может быть занят межоперационным простоем из-за занятости последующего элемента. Например, элемент – это путь выгрузки. Выгрузка закончилась, но убрать вагоны сразу нельзя из-за занятости стрелок в маршруте.

Таким образом, параметры невозможно определить заранее, ибо они зависят от:

- структуры системы;

- структуры технологического процесса;

- уровня загрузки системы;

- взаимодействия случайных параметров;

- управления.

Только имитационная модель может корректно отобразить работу сложных железнодорожных станций и узлов, ибо параметры и в ней получаются как результат моделирования.

Опыт показывает, что возможности моделей строгой оптимизации и других аналитических моделей ограничены тем обстоятельством, что они могут

Рисунок 1.1 – Структура цикла Т использования элемента

транспортной системы.

опираться только на формализованные знания, то есть на параметры, между которыми известны строгие функциональные и количественные зависимости. Но основную часть знаний о сложных транспортных системах составляют знания опытного характера или частично-формализованные.

Особенностью имитационной модели является то, что здесь не решается некоторая математическая задача и не требуется все сведения представлять в виде, требуемом для строгого математического аппарата. В имитационной модели как бы воспроизводится функционирование моделируемой системы, только в ускоренном режиме. Поэтому в модель могут войти частично-формализованные знания, и она может быть значительно богаче в содержательном плане. Рациональное решение находится исследователем в процессе постановки и выполнения целенаправленных экспериментов.

Приведем сравнительную характеристику методов расчета транспортных систем.

Графо-аналитический метод – построение суточного плана-графика работы станции. Это очень сложная и трудоемкая процедура. После построения подсчитываются параметры. Метод учитывает особенности схемы путевого развития и технологии. Но на практике невозможно отобразить взаимодействие случайных процессов. Все параметры, характеризующие продолжительность элементов технологии, приходится задавать средними величинами. Это большой недостаток, так как в этом случае нельзя корректно рассчитать очереди заявок, которые возникают из-за взаимодействия случайных процессов. Поэтому невозможно правильно определить количество резервных путей и простои вагонов. Метод существенно занижает потребность в путевом развитии.

Экспериментальные расчеты для станций со сложной структурой показали, что требуемое число путей при расчете графо-аналитическим методом может быть занижено в 1,5 ¸ 2,0 раза.

Таблица 1.1 – Сравнение методов расчета транспортных систем

Условные обозначения: «+» - хорошо, «+ +» - очень хорошо, «+ –» - недостаточно хорошо, «–» - плохо, «°» - нет.

Аналитический детерминированный.

Расчеты производятся по аналитическим формулам. Например, расчет числа путей в парке приема:

, (1.1)

где – число поездов, которое может пропустить один путь приема;

– время профилактики;

– среднее время занятости пути обработкой одного состава;

– некоторый коэффициент, учитывающий неравномерность прибытия поездов, враждебность маршрутов и пр.

Тогда требуемое число путей n:

, (1.2)

где N – число поездов в сутки.

Как видим, здесь не учитывается уровень загрузки горки, от которого прямо зависит величина очереди составов, а, значит, и число резервных путей. Не отображается взаимодействие случайных процессов, ибо величина постоянная. Кроме того, отображение неравномерности прибытия составов в виде некоторого коэффициента (неравномерности) – это весьма грубый подход, чреватый большими погрешностями.

Аналитический вероятностный – расчет по формулам теории массового обслуживания. Здесь рассчитывается число резервных путей, а технологические берутся по числу бригад с учетом коэффициента загрузки. Расчетных формул довольно много. Суть их сводится к следующему. Математическое ожидание величины очереди и ее среднеквадратическое отклонение определяют число резервных путей.

, (1.3)

где n – число резервных путей;

– средний интервал прибытия поездов;

– среднее время обработки поезда по прибытии;

– среднеквадратическое отклонение интервала прибытия;

среднеквадратическое отклонение времени обработки.

При этом , так как устройство обслуживания не может быть занято на 100%.

Аналогично рассчитывается и число резервных путей для составов, ожидающих расформирования на горке, только в данном случае будет средний интервал выхода составов из обработки по прибытии, а – среднее время расформирования на горке.

Существенный недостаток метода в том, что не отображается управление. Поэтому потребное число путей и других технических устройств, как правило, завышено в 2 и более раз.

Имитационное моделирование. Свободно от перечисленных недостатков. При этом предполагается, что расчеты выполняются на производительном компьютере с современным программным обеспечением.

Применение имитационного моделирования для расчета пропускной способности и рациональной технологии работы железнодорожного узла с методологической точки зрения можно считать целесообразным из-за:

· невозможности достоверного описания характера протекающих в системе процессов в аналитической форме;

· необходимости наблюдения за поведением системы в течение определенного периода;

· необходимости изучения новых ситуаций в системе и оценке ее функционирования;

· необходимости исследования поведения системы при введении в нее новых компонентов.