ИССЛЕДОВанИЕ ВЛИянИя чИСЛа И СОСтаВа РЕСуРСОВ на

18
Технологии информатизации и управления
УДК 656.21:658.012.2 (084.21)
Е. А. Ерофеева
Исследование влияния
числа и состава ресурсов
на показатели работы
железнодорожной станции
методом имитационного
моделирования
Автором разработан метод имитационного моделирования технологического процесса переработки
транзитного вагонопотока на железнодорожной сортировочной станции, программные средства его
реализации и технология применения средств. В статье приведен перечень задач, решаемых предложенным методом, и результат решения задачи «исследование влияния числа и состава ресурсов на
показатели работы станции» на примере станции Минск-Сортировочный.
Разработанные средства имитационного моделирования технологического процесса переработки транзитного вагонопотока на железнодорожной сортировочной станции и технология их применения позволяют
решать следующие эксплуатационные задачи:
1. Поиск узких мест технологического процесса при заданных параметрах;
2. Оценка влияния параметров технологического процесса или входного потока на показатели работы
станции :
1) интенсивности входного потока;
2) числа и состава ресурсов при различной интенсивности входного потока;
3) нормы длины формируемых поездов на время нахождения вагонов на станции;
4) количества назначений ПФП на время нахождения вагонов на станции.
3. Нормирование показателей работы ЖДС при различных вариантах организации ТП.
Решение задачи поиска узких мест производилось для четырех вариантов организации технологического
процесса: существующие параметры технологического процесса и входного потока и увеличение интенсивности входного потока λ на 10, 20, 30 % без изменения структуры вагонопотоков. В каждом варианте для каждого ресурса были рассчитаны значения коэффициента загрузки ресурса ( ηk ) и нормированной (по варианту)
коэффициенту Литла ( LTk* ).
Коэффициент Литла рассчитан по формуле
ож
îæ
LTk = t k L k
ож
îæ
где L k – средняя длина очереди к ресурсу RES k ; t k – среднее время ожидания ресурса RES k , мин.
Рис. 1. Диаграммы ранжирования ресурсов RES k в системе координат ( η , LT * )
Затем были построены таблица пар ( ηk , LTk* ) и диаграммы распределения «узких» мест, приведенные
на рис. 1.
19
Информационные системы и их приложения в производстве и управлении На диаграмме выведены только те ресурсы, которые имели не нулевые значения LTk* . Таким образом,
узкими местами технологического процесса переработки транзитного вагонопотока на станции МинскСортировочный при рассмотренных вариантах водного потока и организации технологического процесса
оказались горка и горочный маневровый локомотив (ГМЛ).
Для компенсации найденных узких мест предложены варианты организации ТП для текущей интенсивности входного потока: увеличение ГМЛ на единицу (В1), перевод одного ГМЛ в ВМЛ (В2), уменьшение на единицу числа ВМЛ (В3).
Анализ полученных диаграмм (рисунок 2) для выбранных вариантов позволяет сделать следующие
выводы. При добавлении ГМЛ ресурс переходит в область сбалансированной загрузки. Ограничивающим
элементом остается горка с увеличением времени ожидания на 2 минуты. При переводе одного ВМЛ в
ГМЛ, ВМЛ остается в области недогрузки, с увеличением времени ожидания на с 1 до 2 минут; ГМЛ переходит в область сбалансированной загрузки; горка остается ограничивающим элементом с увеличением
времени ожидания на 2 минуты. При уменьшении ВМЛ на единицу ресурс переходит в область узкого
места второго типа. Таким образом при текущей интенсивности входного потока в качестве рекомендации
к практическому применению можно предложить второй вариант, то есть перевести один вытяжной локомотив в горочные.
Рассмотрим предложенные варианты состава ресурсов при увеличении интенсивности входного потока на 30 %. Для вариантов построена таблица пар значений ( ηk , LTk* ) (таблица 3). Анализ полученных
диаграмм (рисунок 3) для выбранных вариантов позволяет сделать следующие выводы.
Таблица 1
Результат ранжирования ресурсов RES k при исходной интенсивности λ h и вариантах ТП
Путь ПП
Пути надвига
ПТО ПП
ПКО ПП
ПТО ПО
ПКО ПО
ГМЛ
ВМЛ
горка
ВП
ПО
В0
В1
В2
В3
В0
В1
В2
В3
LTочî*÷1
*
LTоч
î ÷2
LTочî*÷3
LTочî*÷4
η1
η2
η3
η4
0,00
0,00
0,06
0,06
0,12
0,12
0,97
0,02
1,00
0,01
0,00
0,00
0,02
0,03
0,03
0,06
0,06
0,06
0,00
1,00
0,00
0,00
0,00
0,02
0,02
0,02
0,06
0,06
0,06
0,13
1,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,05
0,05
0,12
0,12
0,99
0,72
1,00
0,04
0,00
0,35
0,35
0,43
0,43
0,38
0,38
0,64
0,20
0,57
0,10
0,27
0,34
0,38
0,43
0,43
0,39
0,38
0,51
0,15
0,61
0,06
0,27
0,34
0,38
0,43
0,43
0,38
0,38
0,50
0,22
0,61
0,07
0,27
Рис. 2. Диаграммы ранжирования ресурсов RES k в системе координат ( η , LT * )
при исходной интенсивности λ h и вариантах ТП
0,35
0,34
0,43
0,43
0,38
0,38
0,65
0,30
0,57
0,12
0,27
20
Технологии информатизации и управления
Таблица 2
Среднее время ожидания ресурсов RES k при исходной интенсивности λ h
и вариантах ТП, мин
В0
В1
В2
В3
Путь ПП
0,00
0,00
0,00
0,01
Пути надвига
0,00
0,58
0,63
0,00
ПТО ПП
0,74
0,85
0,79
0,73
ПКО ПП
0,77
0,82
0,80
0,74
ПТО ПО
1,40
1,59
1,64
1,44
ПКО ПО
1,42
1,60
1,63
1,42
ГМЛ
3,74
1,28
1,26
3,80
ВМЛ
0,58
0,35
2,09
3,46
горка
3,52
5,55
5,52
3,56
ВП
0,48
0,20
0,38
0,94
ПО
0,25
0,27
0,28
0,25
При добавлении ГМЛ ресурс переходит из области перегрузки в область сбалансированной загрузки.
Ограничивающим элементом становится горка, перейдя из области сбалансированной загрузки в область
перегрузки. При этом время ожидания ГМЛ уменьшается на 7 минут, а время ожидания горки увеличивается на 3,5 минуты (таблица 4). ВМЛ переходит в область сбалансированной загрузки. При переводе одного
ВМЛ в ГМЛ, ВМЛ переходит в область альтернативной загрузки, с увеличением времени ожидания на 1
до 6 минут.
Таблица 3
Результат ранжирования ресурсов RES k при увеличенной на 30 %
интенсивности λ h и вариантах ТП
В0
В1
В2
В3
В0
В1
В2
В3
LTочî*÷1
LTочî*÷2
LTочî*÷3
LTочî*÷4
η1
η2
η3
η4
Путь ПП
0,00
0,00
0,00
0,01
0,53
0,49
0,50
0,54
Пути надвига
0,00
0,05
0,06
0,00
0,48
0,56
0,56
0,48
ПТО ПП
0,06
0,10
0,11
0,06
0,57
0,57
0,57
0,57
ПКО ПП
0,06
0,09
0,10
0,06
0,57
0,57
0,57
0,57
ПТО ПО
0,04
0,09
0,10
0,04
0,51
0,51
0,51
0,51
ПКО ПО
0,04
0,09
0,09
0,04
0,51
0,51
0,51
0,51
ГМЛ
1,00
0,21
0,24
1,00
0,83
0,69
0,69
0,83
ВМЛ
0,01
0,01
0,46
0,59
0,34
0,25
0,39
0,53
горка
0,24
1,00
1,00
0,23
0,71
0,77
0,77
0,71
ВП
0,01
0,01
0,03
0,07
0,19
0,12
0,17
0,28
ПО
0,00
0,00
0,00
0,00
0,36
0,36
0,36
0,35
21
Информационные системы и их приложения в производстве и управлении Рис. 3. Диаграммы ранжирования ресурсов RES k в системе координат ( η , LT * )
при увеличенной на 30 % интенсивности λ h и вариантах ТП
ГМЛ переходит в область сбалансированной загрузки; горка переходит в область перегрузки. При
уменьшении ВМЛ на единицу ресурс переходит в область альтернативной загрузки, ВП переходят в область
сбалансированной загрузки.
Таким образом, при увеличении интенсивности входного потока на 30 % при рассмотренных вариантах состава ресурсов ГМЛ или горка остаются узким местом 1-го типа.
Таблица 4
Среднее время ожидания ресурсов RES k при увеличенной на 30 %
интенсивности λ h и вариантах ТП, мин
Путь ПП
Пути надвига
ПТО ПП
ПКО ПП
ПТО ПО
ПКО ПО
ГМЛ
ВМЛ
горка
ВП
ПО
В0
В1
В2
В3
0,45
0,00
2,15
2,13
2,01
2,02
10,78
1,06
4,20
0,89
0,31
0,22
1,38
2,27
2,27
2,53
2,51
3,48
0,88
7,44
0,67
0,54
0,28
1,47
2,56
2,43
2,74
2,73
3,92
6,05
7,67
1,92
0,56
0,89
0,00
2,12
2,10
2,04
2,02
10,97
8,55
4,01
3,35
0,45
Расмотрим второй вариант состава ресурсов при изменении входного потока на 10, 20, 30 %. Построена таблица пар значений ( ηk , LTk* ) (табл. 5). Анализ полученных диаграмм (рис. 4) для варианта 2 позволяет сделать следующие выводы. При увеличении интенсивности входного потока на 30 % ограничивающим
элементом является горка – узкое место 2-го типа переходит в 1-й тип, с увеличением среднего времени
ожидания на 2 минуты (табл. 6). ГМЛ остается в области сбалансированной загрузки. ВМЛ из области недогрузки переходит в область альтернативной загрузки через сбалансированную. ВП остаются в зоне недогрузки. Пути, ПТО и ПКО для ПП и ПО остаются в области сбалансированной загрузки.
Кроме этого, изменение числа горочных и вытяжных маневровых локомотивов оказывают значительÎÔ
ное влияние на вагоночасы роспуска Bðîросñ , ожидания окончания формирования BîОФ
æ , окончания формироож
ÎÔ
. Увеличение числа ГМЛ и перевод ВМЛ в ГМЛ увеличивают Bðîросñ на 20 %. При увеличении
вания BОФ
ОФ
ОФ
ÎÔ
ГМЛ на единицу Bож
увеличивается 35 %, а B Î Ô уменьшается на 25 %. При уменьшении числа ВМЛ
îæ
ОФ
ОФ
ОФ
ÎÔ
ÎÔ
ÎÔ
увеличивается Bîож
на 28 %. При переводе одного ВМЛ в ГМЛ Bîож
æ на 65 % и B
æ увеличивается на 74 %,
ОФ
а B Î Ô уменьшается на 5 %.
22
Технологии информатизации и управления
Однако на общие вагоночасы B применение выбранных вариантов изменения числа ресурсов влияет
незначительно. При третьем варианте B увеличиваются на 3 %, первый вариант уменьшает B на 4 %.
Первый и третий варианты уменьшают время нахождения под выполнением технологических операций
Bòåõ
на 5 %; второй варинт уменьшает Bòåõ
на 8 %. Вагоночасы ожидания обработки Bîож
æ увеличиваются
тех
тех
на 16, 14 % соответственно для третьего и второго вариантов. Вагоночасы накопления Bíнак
àê и параметр накопления С практически не меняются.
Таблица 5
Результат ранжирования ресурсов RES k для варианта 2
при разных интенсивностях λ h
Путь ПП
Пути надвига
ПТО ПП
ПКО ПП
ПТО ПО
ПКО ПО
ГМЛ
ВМЛ
горка
ВП
ПО
100 %
110 %
120 %
130 %
100 %
110 %
120 %
130 %
LTочî*÷1
*
LTоч
î ÷2
*
LTоч
î ÷3
*
LTоч
î ÷4
η1
η2
η3
η4
0,00
0,02
0,02
0,02
0,06
0,06
0,06
0,13
1,00
0,00
0,00
0,00
0,03
0,05
0,05
0,07
0,07
0,09
0,18
1,00
0,01
0,00
0,00
0,04
0,06
0,06
0,09
0,09
0,13
0,30
1,00
0,02
0,00
0,00
0,06
0,11
оч
0,10
0,10
0,09
0,24
0,46
1,00
0,03
0,00
0,34
0,38
0,43
0,43
0,38
0,38
0,50
0,22
0,61
0,07
0,27
0,39
0,44
0,48
0,48
0,43
0,42
0,57
0,27
0,67
0,09
0,30
0,42
0,49
0,52
0,51
0,46
0,46
0,62
0,32
0,71
0,12
0,32
0,50
0,56
0,57
0,57
0,51
0,51
0,69
0,39
0,77
0,17
0,36
Рис. 4. Диаграммы ранжирования ресурсов RES k в системе координат ( η , LT * )
при разных интенсивностях λ h
Таблица 6
Среднее время ожидания ресурсов RES k при разных интенсивностях λ h , мин
Количество
100 %
110 %
120 %
130 %
Путь ПП
7
0,00
0,01
0,06
0,28
Пути надвига
ПТО ПП
ПКО ПП
2
2
2
0,63
0,79
0,80
0,81
1,33
1,30
1,08
1,66
1,60
1,47
2,56
2,43
23
Информационные системы и их приложения в производстве и управлении Окончание табл. 6
ПТО ПО
ПКО ПО
ГМЛ
ВМЛ
горка
ВП
ПО
Количество
100 %
110 %
120 %
130 %
3
3
3
2
1
4
8
1,64
1,63
1,26
2,09
5,52
0,38
0,28
1,93
1,98
1,81
2,94
6,20
0,72
0,39
2,39
2,38
2,50
4,28
6,94
1,15
0,54
2,74
2,73
3,92
6,05
7,67
1,92
0,56
Рис. 5. Диаграммы ранжирования вагоночасов простоя в % для вариантов
состава ресурсов при увеличении интенсивности входного потока на 30 %
Рис. 6. Диаграммы ранжирования среднего простоя вагона на станции в % для вариантов
состава ресурсов при увеличении интенсивности входного потока на 30 %
24
Технологии информатизации и управления
Среднее время нахождения транзитного вагона с переработкой на станции изменяется так же, как и
вагоночасы. При третьем варианте tâñåãî
увеличиваются на 3 %, первый вариант уменьшает tâñåãî
на 4 %.
всего
всего
Первый и третий варианты уменьшают время нахождения под выполнением технологических операций
tòåõ
на 5 %; второй вариант уменьшает tтех
увеличиваются
òåõ на 8 %. Вагоночасы ожидания обработки t òåõ
тех
тех
на 16, 14 % соответственно для третьего и второго вариантов. Вагоночасы накопления tíнак
àê практически не
меняются.
Диаграммы ранжирования вагоночасов и среднего простоя вагона на станции для предложенных вариантов состава ресурсов при увеличении интенсивности входящего потока на 30 % представлены на рис.
5 и 6.
Вывод
При увеличении интенсивности входящего потока на 30 % из предложенных вариантов рациональными можно признать первый и второй, поскольку при этих вариантах значения коэффициентов загрузки
ресурсов принимают допустимые значения, кроме этого первый вариант уменьшает среднее время нахождения вагона на станции ( tвсего
âñåãî ) на 4 %. Однако этот вариант требует ввода дополнительного маневрового
локомотива, в то время как во втором варианте маневровый локомотив просто переводится из вытяжных в
горочные.
Литература
1. Ерофеева, Е. А. Применение эвристических принципов проектирования при разработке средств
автоматизации имитационного моделирования / Е. А. Ерофеева // Информационные системы и технологии
(IST’2009): материалы V международной конф.-форума – Минск : Акад. управления при Президенте Респ.
Беларусь, БГУ, 2009. – Том 1. С.70–73.
2. Технология имитационного моделирования переработки вагонопотока на железнодорожной сортировочной станции // Проблемы безопасности на транспорте: материалы V междунар. научно-практ. конф.
Гомель: БелГУТ, 2010. С. 37–38.
3. Ерофеева, Е. А. Решение задач оценки показателей работы железнодорожной сортировочной станции методом имитационного моделирования // Информационные технологии в промышленности: материалы 6 междунар. научно-технич. конф. Минск, 2010. С. 23–24.
Ерофеева Елена Анатольевна, инженер-программист кафедры «Управление эксплуатационной работой» Белорусского государственного университета транспорта, alerof@tut.by
УДК 004.652.8