Пермикин Вадим Юрьевич
Методы определения перерабатывающей способности станций и узлов
Учебно-методическое пособие для слушателей ИДПО
Согласовано
______________________
(должность)
_________ _________________
(подпись) (ФИО)
«___» ______________ 201 г.
Екатеринбург
Содержание
Стр.
1 Методы определения перерабатывающей способности станций и узлов….. 3
1.1 Аналитический метод………………..………………………………………. 4
1.2 Графо-аналитический метод………………………………………………… 8
1.3 Имитационное моделирование ……………………………………………… 10
1.4 Недостатки существующего подхода определения перерабатывающей способности……………………………………..………………………………… 12
2 Система имитационного моделирования ИСТРА-САПР …………………… 17
2.1 Основные компоненты системы ИСТРА-САПР…………………………… 20
3 Порядок проведения исследования с применением системы ИСТРА-САПР 25
3.1 Планирование………………………………………………………………… 26
3.2 Сбор данных …………………………………………………………………. 27
3.3 Разработка …………………………………………………………………… 31
3.4 Подготовка к проведению экспериментов ………………………………… 33
3.5 Анализ результатов ………………………………………………………….. 34
Вопросы для самоконтроля………………………….……………………………42
Список использованной литературы…………………………………………… 47
Методы определения перерабатывающей способности станций и узлов
Железнодорожные станции как транспортные системы всегда трудно поддавались исследованиям и расчету в силу следующих особенностей: сложное путевое развитие и его влияние на технологию работы, непостоянство исходной информации, случайный характер взаимодействия с внешней средой, разные технологические особенности работы в разных ситуациях и т.п.
|
|
Одна из наиболее общих классификаций методов исследования транспортных систем основывается на классификация научных знаний об изучаемом объекте на формализованные и частично формализованные. Формализованные знания – это строгие математические зависимости, составляющие основу аналитических и оптимизационных методов. Частично формализованные – набор полученных опытным (экспертным) путем знаний, которые невозможно свести к ряду четко выраженных критериев и ограничений. О простых системах формализованных знаний накоплено довольно много, хорошо известны законы, по которым ведут себя параметры системы. Исследования сложных транспортных систем показывают, что доля частично формализованных знаний о законах их функционирования пока значительно преобладает над формализованными.
Выделяют четыре критерия, которым должен удовлетворять метод расчёта таких сложных систем, как железнодорожные станции:
- хорошо отображать схему путевого развития станции, поскольку схема - качественная характеристика станции, существенно влияющая на ее количественные показатели;
- отображать технологию работы, т.к. она может не соответствовать схеме путевого развития, а взаимодействие технологии работы и схемы путевого развития влияет на показатели работы;
- реагировать на случайные процессы;
- учитывать управление в системе, поскольку выбор управляющего воздействия на систему зависит от реального ее состояния в данный момент времени.
|
|
Сегодня в проектной и эксплуатационной деятельности используются следующие методы: аналитические детерминированные и аналитические вероятностные, графо-аналитические, имитационное моделирование.
Аналитический метод
Аналитический детерминированный. В основе аналитических моделей находятся формализованные знания о транспортной системе. Аналитическая модель требует четкого, строгого представления о транспортных процессах, выделения важных параметров и установления количественных зависимостей между ними. Расчеты производятся по аналитическим формулам.
В аналитических детерминированных моделях не отображается взаимодействие случайных процессов. Отображение неравномерности прибытия составов производится в виде некоторого коэффициента неравномерности – такой подход приводит к большим погрешностям. Следовательно, рекомендации моделей нельзя было непосредственно использовать на практике в количественном виде. Аналитическая модель «требует значительного упрощения реальных процессов с вытекающими отсюда последствиями по достоверности результатов, а фактическое постоянное различие жизненных ситуаций … ограничивает сферы эффективного применения аналитических способов» [1]. Аналитические модели служат больше для понимания взаимосвязи исследуемых процессов.
Недостатки аналитического метода расчета наиболее отчетливо проявляются при рассмотрении сложных транспортных систем – крупных железнодорожных станций.
Аналитический вероятностный. Во второй половине прошлого века методы исследования транспортных систем активно развивались с применением аппарата систем массового обслуживания.
|
|
Модели массового обслуживания сыграли определенную роль в развитии транспортной науки. Однако представляется, что область применения этих моделей как метода расчета железнодорожных станций достаточно невелика. В рамках модели теории массового обслуживания сложно учесть частично формализованные знания об объекте исследования. Нельзя учесть сложную схему путевого развития. К существенному недостатку данного метода исследования можно отнести практическую невозможность учета управления. В [2] говорится, что представление в моделях теории массового обслуживания потоков неуправляемыми является «слишком большим огрублением реальности, где станционные потоки существенно управляемы». Поскольку «управляемость» является важнейшим системо-образующим свойством, возможность применения теории массового обслуживания в деле гибких транспортных технологий представляется весьма ограниченной.
Попытки внедрить результаты расчетов моделей теории массового обслуживания, как правило, были неудачны. Вследствие недоучета управления такие модели приводили к существенному завышению потребных ресурсов (или занижению перерабатывающей способности). Кроме того, возможность описания статистических параметров вероятностными характеристиками и наличие колебаний еще не говорит о том, что процесс случайный.В целом, аналитические модели в силу абстрактности мало применялись для количественных практических расчетов.
Анализ характеристик процессов функционирования больших систем с помощью только аналитических (детерминированных и вероятностных) 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 Он включает в себя, кроме предусмотренного по технологии времени использования в одной операции, другие составляющие:
- технологическую задержку, обусловленную невозможностью обеспечить непрерывное использование каждого элемента в последовательности операций;
- структурную задержку по входу, вызываемую перерывами в использовании элемента из-за занятости предыдущих элементов;
- структурную задержку по выходу из-за занятости последующего элемента.
Перечисленные параметры невозможно определить заранее, поскольку они зависят от:
- структуры системы;
- структуры технологического процесса;
- уровня загрузки системы;
- взаимодействия случайных процессов;
- управления процессами.
Аналитические методы решения задачи сводятся к оценке максимальных производственных возможностей какого-то объекта. Обычно инфраструктуру объекта как бы делят на части и для каждой части (элемента, звена) определяют пропускную способность. Результирующая пропускная способность устанавливается по элементу (звену) данного комплекса. Расчеты выполняются по каждому элиминированному звену, причем каждое звено как промежуточный канал обслуживания, которому предшествует передатчик транспортного потока (среда) и за которым следует приемник потока (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема взаимодействия элементов при аналитическом методе расчетов
В железнодорожных узлах, например, такими взаимодействующими являются станции, перегоны, соединительные ветви, подъездные ветви промышленных предприятий, портовые ветви и другие сооружения и устройства. В свою очередь, каждая железнодорожная станция как структурное подразделение железнодорожной сети, может служить объектом самостоятельного анализа.
В качестве «вычленяемых» звеньев станционного комплекса выступают:
1) пути для сквозного пропуска поездов (главные);
2) пути для обгона поездов (обгонные);
3) пути для приема и отправления поездов (приемо-отправочные);
4) вытяжные, ходовые и соединительные пути;
5) сортировочные и выставочные пути;
6) подъездные пути примыканий.
В некоторых случаях указанная четкая специализация нарушается, и на одной группе элементов выполняются разнородные операции.
Недостатком аналитического метода является замена реального взаимодействия элементов транспортного комплекса условным введением в расчеты различных эмпирических коэффициентов. Целостность как сущностное качество системы «поток + технология + инфраструктура» при этом учитывается приближенно. Расчеты (например, применительно к железнодорожным станциям и узлам) производятся по формулам вида:
, (1)
где 1440 – продолжительность расчетного периода (сутки), мин.;
т – число путей в станционном парке (вычитаемая единица учитывает использование одного пути в качестве ходового для пропуска поездных и шевровых локомотивов);
Т пост– время, затрачиваемое в течение суток на выполнение некоторых постоянных операций (пропуск передач на контейнерный терминал, подъездные пути промышленных предприятий и т.п.), мин;
β – коэффициент технологических потерь в использовании станционных путей по технологическим (несовпадение интервалов прибытия отправления поездов, темпов их обработки) и другим причинам (в практике.счета станций принимается равным 1,2 - 1,3);
t – время занятия станционного пути соответственно транзитным, расформировываемым, формируемым поездом, мин.;
– доли в общем поездопотоке соответственно транзитных, сформировываемых и формируемых поездов.
Чтобы задача была определенной, необходимо соблюдать условие 
Графо-аналитический метод
Графо-аналитический метод – построение суточного план-графика работы станции. Суточный план-график позволяет весьма полно учесть взаимосвязи между элементами системы, технологию работы. Наглядность получаемых результатов также является весомым плюсом в применении метода на практике.
Многие существенные недостатки аналитического метода устраняются использованием графо-аналитического метода (рис.2), получившего весьма широкое распространение на железнодорожном транспорте. Если аналитический способ дает лишь ориентировочные данные об уровне пропускной способности взаимодействующих элементов комплекса, то графические расчеты значительно расширяют круг учитываемых факторов и позволяют определять показатели работы транспортных комплексов на основе пристального рассмотрения конкретных графиков движения, технологий работы и схем путевого развития станций, что и обеспечивает получение более точных результатов.
Рисунок 2 – Суточный план-график работы крупного стационарного комплекса
Достоинством графических расчетов является их универсальный характер – возможность применения к любой системе независимо от ее схемы, технологии и организационных особенностей пропуска потока.
Основные недостатки графо-аналитического метода – трудоемкость построения и подсчета параметров; невозможность отображения стохастичности транспортных процессов. К этому следует добавить, что результат расчета соответствует лишь одному варианту графика движения поездов на прилегающих к стации участках и принятой на станции технологии работы – невозможно иметь суточные план-графики на все ситуации, которые ежедневно могут возникать в работе станции. Поэтому временные и прочие параметры задаются нормативными или средними величинами. Графический метод расчета не учитывает колебания поездопотоков и вагонопотоков и исходит из некоторых условных исходных данных: переходящих остатков вагонов и поездов на начало расчетного периода; условного количества вагонов по назначениям плана формирования в поездах; заданного графиком времени прибытия поездов в расформирование. Как следствие, метод существенно завышает перерабатывающую способность станции.