Под имитационной системой здесь понимается упорядоченный комплекс алгоритмов, программ, формальных и неформальных процедур, позволяющих создавать имитационные модели на компьютере и использовать их для решения конкретных задач. Создание и использование имитационных систем – современный этап в имитационном моделировании. В имитационной системе задачи построения рациональных алгоритмов моделирования объектов различного класса, совершенствования входного языка и методики проведения имитационных экспериментов решаются во взаимной связи. Имитационные системы – это мощный современный аппарат для исследования сложных объектов железнодорожного транспорта, опирающийся на современные математические методы, возможности компьютерной техники и накопленный опыт человека по управлению этими объектами.
Имитационная система транспорта «ИСТРА» предоставляет возможность автоматического расчета железнодорожных станций. «ИСТРА» – современное программное изделие, предназначенное для расчета технологии и структуры железнодорожных станций. Кроме максимально дружественного интерфейса, который делает работу удобной, система наделена солидной долей интеллекта. Обобщение и алгоритмизация многолетнего опыта в области построения моделей сложных железнодорожных объектов позволило переложить на плечи компьютера очень трудоемкий процесс написания программы на специализированном языке моделирования железнодорожных станций. Сложности скрыты от пользователя, но объем проделанной работы характеризует тот факт, что после того, как эта программа аккуратно проведет исследователя через все этапы ввода исходной информации, компьютер под ее управлением не более чем за минуту напишет программу объемом в несколько сотен тысяч строк. На этапе диалога система самостоятельно строит и отображает на схеме все технологические маршруты.
Из опыта ручного построения суточных планов-графиков работы станций хорошо известна проблема оценки конкурентоспособных технических и технологических решений. Сложность, трудоемкость и продолжительность ручной работы не позволяют получить ответ на поставленные вопросы с необходимой оперативностью. Используя автоматизированную систему «ИСТРА», можно свободно изменять количество горочных локомотивов, маневровых локомотивов в районе формирования, характеристики входного поездо-вагонопотока, менять специализацию путей, оценивать работу станции при закрытии или добавлении тех или иных технических устройств. В сжатые сроки можно провести множество разнообразных экспериментов и получить самые подробные результаты в виде удобных таблиц и в виде суточного плана-графика. Все это позволяет достаточно быстро определить рациональное техническое оснащение и разработать рациональную технологию.
Основные особенности системы моделирования «ИСТРА»:
1) модели системы допускают использование частично-формализован- ных знаний – знаний опытного характера;
2) система является проблемно ориентированной. Это позволяет избежать отрицательных последствий излишней универсальности, и в тоже время решать достаточно широкий круг задач при моделировании железнодорожных станций и узлов;
3) модели системы способны полностью отображать технологические и информационные процессы, а также процессы иерархического управления;
4) система допускает возможность поиска рационального решения по различным критериям, поскольку работа сложных транспортных систем оценивается на практике, как правило, по многим, показателям;
5) модели системы в полной мере способны описывать случайные (стохастичные) процессы в работе станции;
6) наглядность выдаваемых результатов расчета на имитационной модели.
Система «ИСТРА» включает в себя универсальную модель способную настраиваться на любой объект из заданного класса. Для реализации этого условия структурные и функциональные характеристики, значения которых отличают одну железнодорожную станцию от другой, входят не в структуру модели, а являются легко заменяемыми исходными данными для моделирования. Такими исходными данными (настроечными характеристиками) являются параметры элементов транспортной системы и связей между ними. Структура универсальной модели выбрана таким образом, чтобы получить наиболее адекватное описание транспортных процессов и наиболее экономную реализацию на компьютере.
1.3 Методология макромоделирования железнодорожных станций и узлов
Любой железнодорожный узел состоит из отдельных станций. Очевидно, что при расчете перерабатывающей способности узла нужно построить имитационные модели отдельных станций, входящих в него. Если провести расчеты по перерабатывающей способности каждой отдельной станции, то это не всегда покажет точную переработку узла в целом.
Станции в узлах могут оказывать различное влияние друг на друга. В том случае, если станции специализированы, каждая из них занимается своей работой, а общей технологией является лишь пропуск транзита, влияние станций друг на друга будет минимально. И, наоборот, если одни и те же вагоны обрабатываются на нескольких станциях, активно развито передаточное движение в узле, то станции будут заметно влиять на работу соседних. В этом случае расчет перерабатывающей способности станции отдельно от соседних даст завышенный результат.
Опыт показывает, что транспортные системы в состоянии высокой загрузки не являются линейными и к ним нельзя применять элементарные аналитические зависимости.
Анализ выполненных исследований, работ по данной теме говорит о том, что в настоящее время завершенной методологии расчета железнодорожных узлов нет. «Необходимо проводить глубокие исследования существующих железнодорожных узлов и выявлять у них системные признаки, характеризующие одновременно и образующие их элементы, и интегрированную форму» [1].
Недоработки в исследовании комплексных проблем транспорта, включая проблему железнодорожных узлов, могут привести и подчас приводят к тому, что инвестиции затрачиваются недостаточно эффективно, а деятельность проектировщиков и транспортных предприятий, связанных с решением конкретных практических задач, оказывается нескоординированной.
Особенность выбора параметров железнодорожных станций в узле состоит в том, что необходимо учитывать их тесную структурную и технологическую связность. Перерабатывающая способность и другие количественные и качественные показатели узла зависят от степени согласованности параметров входящих в него станций. Теория транспортных узлов не была достаточно разработана еще и потому, что не существовало аппарата для проверки теоретических предположений.
Имитационное моделирование обычно предполагает детальное описание структуры транспортного объекта. Это вполне объяснимо по трем причинам.
Первая – моделировались не очень крупные объекты. На железнодорожном транспорте это обычно станции. Там в структуре несколько десятков путей и две-три сотни стрелок.
Вторая – сложное взаимодействие структуры и потоков не поддается строгому математическому описанию, поэтому укрупнять элементы структуры опасно.
Третья – задачи моделирования. Обычно это оценка проектируемой станции. И проектанту нужно дать детальную оценку проекта, вплоть до каждой стрелки.
При моделировании крупных транспортных узлов, включающих два и более десятков станций, морские терминалы, перегрузочные склады и т. п. эти три причины исчезают. При моделировании узла важно оценить, насколько гармонично структура узла соответствует распределению работы и принятой технологии. Однако важно учитывать вместимость парков путей и складов, пропускную способность горловин и перерабатывающую способность терминалов.
Для моделирования транспортных узлов необходим соответствующий аппарат и методология. В макромоделировании при представлении в модели объекта применяется вместо структурного подхода функциональный. Описывается не собственно структура горловин, парков, станций, а их функциональные возможности.
Рисунок 1.2 – Функциональное представление транспортного объекта
Рассмотрим технологию моделирования горловин при функциональном подходе.
Микромоделирование горловин – это детальное отображение их структуры, вплоть до каждой стрелки. Наложение на структуру технологии с потоками позволит не только определить пропускную способность горловины, но и получить загрузку каждой стрелки и вызываемые ею задержки. То есть модель выдает всю информацию проектировщику для оценки и улучшения его проектных решений.
При макромоделировании стоит задача учесть в модели лишь пропускную способность горловины без дальнейшей детализации. При функциональном подходе основным параметром горловины будет число возможных параллельных передвижений. Эти передвижения нумеруются. При выполнении операции приема и отправления поезда или некоторого элементарного процесса по переработке потока снимается (занимается) некоторый набор возможных передвижений. Тем самым учитывается, хотя и укрупненно, пропускная способность в горловинах.
Допустим, горловина имеет семь возможных параллельных передвижений (рисунок 1.3). Передвижения нумеруются, в данном случае от 1 до 7.
Рисунок 1.3 – Возможные передвижения в горловине
Прием поезда в парк приема (передвижение № 8 на рисунке 1.4) «забирает» передвижения 1, 2, 3. Операции перестановки вагонов в парк отправления (передвижение № 12) сократит количество одновременных передвижений до пяти (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 – Влияние технологии на пропускную способность горловины
Таким образом, если сопоставить всем операциям выключаемые из доступности передвижения, можно достаточно точно отобразить в макромодели пропускную способность горловин.
Пропускная способность горловины напрямую зависит от того, сколько параллельных передвижений в ней возможно.
, (1.4)
где 
– среднее число параллельных передвижений;
– число передвижений при i -й технологии;
– вероятность возникновения i -й технологии.
Но максимальное количество передвижений может быть реализовано не всегда. На величину вероятности 
влияют следующие факторы.
Принятая технология работы. Насколько гармонична она наложена на структуру и в какой мере соответствует структуре потока. Например, одновременные процессы окончания формирования возможны, если выбрана соответствующая специализация в сортировочном парке.
Случайные факторы. На вероятность параллельных передвижений будут влиять колебания в структуре потока и во времени выполнения операций в горловине.
Диспетчерское управление. В зависимости от сложившейся ситуации диспетчер может применить гибкую специализацию путей, спланировать очередность выполнения операций, чтобы повысить параллельность передвижений и т. п.
Уровень загрузки горловины. При высоком уровне загрузки возникают различные межоперационные задержки, что искажает характер запланированной работы и может снизить возможную параллельность.
То есть в общем случае пропускная способность 
горловины является функцией многих переменных
, (1.5)
где S – структура горловины,
s – поструйная структура потока,
– уровень загрузки горловины,
Y – диспетчерское управление,
– уровень случайного разброса в структуре потока,
– уровень случайного разброса в продолжительности операций.
Список использованной литературы
1. 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., 2012. 1086 с.