Теоретичні основи удосконалення конструкції і технології роботи залізничних станцій

В результаті імітаційного моделювання скочування відчепів встановлено, що область припустимих режимів гальмування (ОПР) розташована на площині, що може бути описана рівнянням

hў+ ahўў + bhўўў + c = 0, (10)

де hў, hўў, hўўў - енергетична висота, що погашається, відповідно, на I, II, і III гальмових позиціях;

a, b, c-коефіцієнти, що залежать від параметрів відчепа й умов скочування.

Межі ОПР визначаються технічними та технологічними обмеженнями величин hў, hўў, hўўў.

Для аналізу режимів інтервального регулювання були виконані дослідження залежності часу скочування відчепів до заданої точки s від режиму гальмування t(s) = f(hў, hўў). Виявилося, що дана залежність істотно нелінійна (див. рис. 7); була поставлена задача її структурно-параметричної ідентифікації з використанням множинного лінійного регресійного аналізу. Пошук здійснювався в класі нелінійних функцій; при цьому усього було розглянуто 22 моделі. У результаті досліджень була обрана модель, що забезпечує необхідний компроміс між вимогами простоти моделі і її точності:

(11)

Отримана модель використовувалася для аналізу умов розділення відчепів на стрілках; ці умови характеризуються величиною інтервалів dt між відчепами на ізольованих ділянках стрілок:

dti = t0i + ti+1 - ti,

де - початковий інтервал між i -м та (i+1)-м відчепами на вершині гірки;

ti, ti+1 - час руху i-го та (i+1)-го відчепів, відповідно, до моментів звільнення та заняття розділової стрілки.

Для дослідження закономірностей процесу розділення відчепів спочатку була розглянута розрахункова група відчепів ДП-ДХ-ДП, для якої була розроблена методика оптимізації режиму гальмування середнього відчепа (ДХ). При цьому оптимальним вважався такий режим, при якому min{dt1, dt2}®max. У результаті досліджень був отриманий важливий висновок про те, що оптимальний режим гальмування відчепа завжди знаходиться на межі ОПР. Вибір ділянки межі однозначно визначається комбінацією номерів розділових стрілок першої і другої пар відчепів. Даний висновок дозволив перейти до однофакторної моделі керованого скочування t=f(q); для цього було використано параметричне представлення рівнянь ділянок межі ОПР (hў=b1+k1q, hўў=b2+k2q). Зазначена модель являє собою кусково-багаточленну функцію, що має розриви першої похідної у вузлах межі ОПР.

Загальна постановка задачі оптимізації режимів гальмування відчепів состава з n відчепів має вигляд:

знайти максимум функції

f = min{dti = t0i + ti+1(qi+1) - ti(qi)}, i = 1, ..., n-1, (12)

при обмеженнях: q1 = q1min, qn=qnmax,

qimin qi qimax, i = 2, ..., n-1,

Цільова функція f нелінійна і негладка, тому спочатку для вирішення задачі були використані методи прямого пошуку: адаптивний метод випадкового пошуку і метод комплексів Бокса. Тестування показало невисоку ефективність зазначених методів для вирішення даної задачі і тому надалі були використані градієнтні методи. З цією метою задача оптимізації (12) була перетворена в гладку шляхом введення додаткової змінної Z, яка розглядається як нижня границя для всіх значень інтервалів dti, що перетворені в обмеження. Задача в такій постановці вирішувалася методом послідовної безумовної оптимізації Фіакко і Мак-Корміка, а також методом припустимих напрямків Топкіса-Вейнотта. Зазначені методи дали кращі результати, ніж методи прямого пошуку, однак, вони також не позбавлені недоліків. Перший з них не забезпечує збіжності при деяких початкових точках оптимізації; другий метод виявився стійким і вимагає невеликої кількості ітерацій, однак має дуже громіздкий обчислювальний алгоритм.

Найкращим для вирішення даної задачі виявився розроблений автором багатокроковий двоетапний метод оптимізації, заснований на ідеях динамічного програмування, але з використанням максимінного критерію. На першому етапі для кожного відчепа состава визначаються умовні оптимальні режим гальмування й інтервал з попереднім відчепом. Для цієї мети використовується основне рівняння динамічного програмування, що представляється у вигляді:

dTi-1(qi-1) = min {dti-1(qi-1, qi), dTi(qi)} (13)

Рекурентний вираз (13) визначає умовний оптимальний інтервал для частини состава від (i-1)-го відчепа і до його кінця при умові, що режим гальмування (i-1)-го відчепа є qi-1. При цьому режим гальмування i-го відчепа qi=qi*(qi-1), при якому dTi-1 досягає максимуму, є умовним оптимальним режимом при даному qi-1.

На другому етапі визначається безумовне оптимальне керування розпуском за допомогою рекурентних функцій qi*(qi-1), отриманих на етапі умовної оптимізації, за схемою:

®®()®® …®® ®® ()®® (14)

Програмна реалізація даного методу показала, що він має найбільшу швидкодію і забезпечує високу точність вирішення. Головна ж його перевага в тому, що він не тільки максимізує мінімальний інтервал, але і забезпечує оптимальне розподілення інших інтервалів між відчепами состава, чого не виконують інші розглянуті методи. Розроблений метод оптимізації може бути використаний як для оцінки проектів сортувальних гірок, так і для автоматизації керування розпуском составів.

У сьомому розділі виконані теоретичні дослідження і розроблені методи функціонального моделювання та оптимізації процесу формування составів. При цьому основна увага приділена формуванню багатогрупних составів, яке потребує значних витрат часу і маневрових засобів.

Встановлені фактори, що істотно впливають на процес формування: це початкова невпорядкованість состава, вибір методу і схеми формування, тип сортувального пристрою і його параметри, кількість вагонів і груп у составі.

Доведена доцільність використання початкової упорядкованості вагонів состава при пошуку оптимальної схеми його формування. Для її використання розроблений алгоритм заміни дійсних номерів груп (призначень) логічними, що дозволяє в багатьох випадках істотно зменшити час формування.

Запропоновано новий (розподільний) метод формування, який для частини составів виявляється ефективнішим відомого комбінаторного методу.

Формування состава з q логічних груп на m коліях здійснюється за N етапів (етап включає збирання вагонів з mзб колій і їх сортування на mс колій):

а) комбінаторний метод

N = q - m + 1 , q = 2m-1, 2m, …так, щоб , (15)

де - послідовність узагальнених чисел Фібоначчі порядку m.

б) розподільний метод

N= йlg q/ lg mщ + 1 (16)

Встановлено, що для більшості составів кожний з методів можна реалізувати з використанням множини S різних схем формування si, що відрізняються часом Tф (S= (s1, s2, …, sz)). Кількість можливих схем формування Z визначається як

, (17)

де - максимальна кількість груп, при якій состав може бути сформований даним методом на m коліях за N етапів.

Задача оптимізації схеми формування є екстремальною комбінаторною задачею великої розмірності, для якої не існує ефективного методу вирішення. Але було встановлено, що час Tф для множини схем формування окремого состава являє собою випадкову величину. На цій основі розроблений наближений статистичний метод вибору раціональної схеми, який базується на використанні непараметричної однобічної толерантної границі, що може бути визначена за даними випадкової вибірки схем S*М S об'ємом n0:

Тф(s*)=min{Тф(sk)}, skОS* , k=1, …, n0 (18)

Величина n0 = |S*| визначається з умови ; при n0=299 можна зі статистичною надійністю b=0,95 стверджувати, що, принаймні, частка a=0,99 генеральної сукупності значень Tф перевищує Тф(s*). Як показали дослідження, запропонований статистичний метод дозволяє скоротити час формування составів на 20-35%.

Формалізовано одержання схем формування составів комбінаторним і розподільним методами. Для цього логічні номери груп gi були представлені, відповідно, у фібоначчийовій і позиційній системах числення:

, (19)

де jN, jN-1,…,j1- цифри фібоначчийового представлення gi; (jj О {0, 1}, jN =0).

б) розподільний метод

yN mN-1 +yN-1 mN-2 … + y1m0, (20)

де yN, yN-1,…,y1- цифри представлення gi у позиційній системі числення з основою m (yj О {0, m -1}, yN=0).

Окремі цифри логічного номера gi (19) чи (20) використовуються для визначення логічних номерів колій призначення і-го відчепа на кожному етапі формування як при збиранні вагонів з колій, так і при їх сортуванні.

Для досліджень методів формування, а також для пошуку їх раціональних схем була розроблена імітаційна модель процесу формування, що дозволяє визначити час формування Tф для конкретних составів при різних типах сортувальних пристроїв, кількості сортувальних колій, методах і схемах формування:

(21)

Розрахунок часу сортування вагонів tсj на витяжних коліях на j-му етапі здійснюється з урахуванням часу кожного напіврейса осаджування tосi і витягування tвитi:

, (22)

де nвдчj- кількість відчепів у составі на j-му етапі формування.

При сортуванні вагонів на гірках величина tсj визначається як час розпуску состава:

, (23)

де lваг - середня довжина вагона;

ci - кількість вагонів у i-му відчепі;

Vр- середня швидкість розпуску.

Час збирання вагонів tзбj у (21) визначається за допомогою формули, аналогічної (22).

Розроблені моделі і методи були використані для дослідження процесу формування составів при різних типах сортувальних пристроїв та кількості колій. Зокрема, встановлено, що збільшення кількості сортувальних колій не завжди дозволяє істотно зменшити час формування составів.

Для кожного состава існує оптимальна кількість сортувальних колій mо, яка забезпечує мінімальний час формування Tф. Величина mо істотно залежить від типу сортувального пристрою. Виявилося, що при використанні гірки оптимальна кількість сортувальних колій в середньому майже у 2 рази менша, ніж при формуванні составів на витяжній колії.

Аналіз використання довжини сортувальних колій показав, що розподіл потрібної питомої місткості колій, що припадає на один вагон состава, не залежить від типу сортувального пристрою та параметрів состава.

Таким чином, лише невелика частина колій повинна мати довжину, необхідну для розміщення всього сформованого состава; інші колії можуть бути коротшими.

Отримані залежності необхідні для техніко-економічного обґрунтування параметрів пристроїв для формування составів; в умовах конкретних станцій ці залежності можуть бути отримані з допомогою розробленої моделі.

Імітаційна модель формування составів може бути використана також для оперативного керування цим процесом на станціях. За допомогою розробленої моделі можна знайти для кожного конкретного состава раціональну схему формування з урахуванням наявної кількості сортувальних колій і їх місткості.

У додатках приведені методики та алгоритми моделювання окремих елементів функціональних підсистем станцій, приклади результатів моделювання, які отримані за допомогою програм, що були розроблені при виконанні дисертаційної роботи, а також довідки про використання її результатів.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі отримане нове вирішення актуальної наукової проблеми удосконалення конструкції і технології роботи залізничних станцій з використанням інтегрованої системи структурно-параметричних і функціональних моделей. Розроблена система моделей дозволяє автоматизувати вирішення задач аналізу і синтезу станцій; вона може бути покладена в основу автоматизованої системи підтримки прийняття рішень, яка дозволить отримувати кількісну оцінку заходів, спрямованих на поліпшення техніко-технологічних параметрів станцій, і використовувати її для мінімізації простою вагонів і експлуатаційних витрат станцій.

Основні наукові результати і висновки дисертації полягають у наступному:

1. Виконаний аналіз математичних методів і моделей залізничних станцій показав, що методи прямого синтезу оптимальних рішень у даний час розвинуті недостатньо. У зв'язку з цим система моделей повинна підтримувати ітераційний процес удосконалення вихідного варіанта станції на основі послідовного багаторазового вирішення задач аналізу і синтезу.

2. Відповідно до системного підходу інтегрована система повинна включати структурні (геометричні) і функціональні моделі станцій. Геометричні моделі відображують конструкцію колійного розвитку станцій і використовуються для автоматизації параметричного синтезу. Функціональні моделі необхідні для аналізу роботи станцій при заданих параметрах технічних засобів, технології та умовах експлуатації; при цьому інформаційною базою функціональних моделей повинні служити їх геометричні моделі.

3. Система геометричних моделей станцій (вхідна, внутрішня і вихідна), побудованих на основі зважених орграфів, дозволяє здійснити графічне введення у ЕОМ немасштабної схеми станції, автоматизувати її топологічний аналіз, розрахунок та побудову креслення плану колійного розвитку станції.

4. Розроблено теоретичні основи функціонального моделювання станцій.

4.1. Для вирішення задач аналізу станцій, відповідно до теорії взаємодії їх підсистем, інтегрована система повинна включати функціональні моделі 4-х типів: підходів до станції (розв'язок), приймальновідправних парків, сортувальних гірок і районів формування.

4.2. Складність станцій і їх підсистем обумовлює ієрархічну трьохрівневу структуру функціональних моделей. На метарівні станція розглядається як багатофазна багатоканальна система масового обслуговування неоднорідного потоку заявок. На макрорівні здійснюється моделювання руху потоків поїздів, технологічних процесів їх обробки у парках, розформування і формування составів, а також роботи систем залізничної автоматики, що регулюють рух транспортних одиниць. На мікрорівні моделюється переміщення окремих об'єктів з використанням диференціальних рівнянь.

4.3. Сформульована концепція ергатичних імітаційних моделей станцій, у яких людина бере безпосередню участь у процесі моделювання, виконуючи функції диспетчера. Розроблено методологію побудови цих моделей, створені моделі окремих підсистем сортувальної станції (розв'язки, парку прибуття, гірки). Апробація моделі парку прибуття показала, що вона в 50 разів прискорює реальний процес і дозволяє одержати кількісну і неформальну якісну оцінку станції експертом, що виконує моделювання. Для перевірки адекватності моделі парку прибуття використаний критерій Ван дер Вардена; з його допомогою була підтверджена гіпотеза про приналежність вибірок часу простою поїздів, отриманих на реальній станції і методом моделювання, одній генеральній сукупності. Встановлено, що ергатичні моделі можуть використовуватися і як тренажери для підготовки оперативно-диспетчерського персоналу станцій.

4.4. Для одержання адекватної оцінки часу перебування транспортних одиниць на станціях необхідно моделювати усі операції технологічного процесу обробки з урахуванням їх послідовності, взаємної обумовленості, спеціалізації і кількості виконавців, а також законів розподілу часу виконання.

4.5. У моделях станцій обґрунтована доцільність імітації руху поїздів замість завдання постійних значень часу заняття маршрутів. Розроблені точна (на основі диференціальних рівнянь) і наближена моделі, у яких вибір режимів руху здійснюється з урахуванням показань світлофорів залізничної автоматики.

4.6. В якості моделі систем регулювання руху поїздів доцільне використання детермінованих скінченних автоматів. Розроблено методику синтезу таблиць виходів і переходів автоматів для пунктів пересічення і злиття ліній у розв'язках вузлів. Для станцій з великою кількістю світлофорів і рейкових кіл доцільна аналітична форма опису функціонування автоматів, яка базується на використанні бульових функцій.

5. Одержала подальший розвиток теорія моделювання руху об'єктів на станціях і підходах до них, а також на сортувальних гірках. Встановлено, що неперервна апроксимація профілю залізничних колій кубічними сплайнами дозволяє моделювати рух окремого об'єкта диференціальним рівнянням другого порядку, у якому незалежною змінною є час. Це забезпечує синхронізацію паралельних процесів при моделюванні руху потоку поїздів або розпуску составів і, крім того, дозволяє збільшити у 5 разів крок інтегрування при тій же точності обчислень.

6. Удосконалено теорію моделювання сортувального процесу на сортувальних гірках.

6.1. Визначена область припустимих режимів гальмування відчепа, конфігурація якої залежить від його ходових властивостей; знайдені закономірності розподілу у даній області енергетичної висоти, що погашається при гальмуванні. Встановлено, що оптимальний режим гальмування відчепа знаходиться на межі області; це дозволило у 2 рази скоротити розмірність задачі оптимізації режимів гальмування.

6.2. Отримано рішення задачі оптимізації режимів гальмування відчепів состава, що розформовується на гірці, за допомогою розробленого двоетапного методу, який базується на ідеях динамічного програмування. Метод дозволяє максимізувати мінімальний інтервал та забезпечує оптимальний розподіл решти інтервалів між відчепами состава на розділових елементах.

7. Розроблено теоретичні основи функціонального моделювання й оптимізації процесу формування багатогрупних составів.

7.1. Встановлено, що при формуванні доцільно використовувати початкове упорядкування вагонів состава. З цією метою розроблено алгоритм заміни дійсних номерів груп (призначень) логічними, що дозволяє в середньому у 2 рази скоротити кількість груп і за рахунок цього зменшити час формування.

7.2. Формалізацію схем формування составів для комбінаторного і запропонованого у дисертації розподільного методів доцільно виконувати з використанням, відповідно, фібоначчийової та позиційної систем числення.

7.3. Встановлено, що для більшості составів існує множина схем формування, що відрізняються тривалістю. Запропоновано статистичний метод пошуку раціональної схеми, який дозволяє на 20-35% скоротити час формування.

7.4. Встановлено, що найбільший вплив на час формування мають тип сортувального пристрою, а також кількість груп та вагонів у составі. Використання гірки дозволяє у 1,5-2,4 рази скоротити час формування. Отримані залежності можуть бути використані для удосконалення конструкції сортувальних пристроїв і технології формування составів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Механизация и автоматизация формирования поездов / Ю.А. Муха, В.А. Король, Н.М. Иванков, А.М. Бледный, В.И. Бобровский; Под общей ред. Ю.А. Мухи. - К.: Техніка, 1987. - 136 с.

2. Бобровский В.И. Представление продольного профиля сортировочных горок в АСУ расформированием составов // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1996. - №1, 2. - с. 19 - 25.

3. Бобровский В.И. Моделирование автоматизированных сортировочных горок // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1996. - №3, 4. - с. 83 - 84.

4. Бобровский В.И. Дифференциальные уравнения движения отцепа и методы их решения // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1996. - №6. - с. 34 - 39.

5. Бобровский В.И. Структурные модели путевого развития железнодорожных станций для автоматизированного проектирования // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1997. - №3. - с. 58 - 63.

6. Бобровский В.И. Компьютерное моделирование в проектировании железнодорожных станций //Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1998. - № 4. - с. 68 - 69.

7. Бобровский В.И. Оценка расходов на передвижение поездов в проектируемых развязках железнодорожных линий с использованием имитационного моделирования. // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1999. - №2. - с. 48 - 51.

8. Бобровский В.И. Поиск оптимальных режимов торможения на проектируемых сортировочных горках. // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1999. - №5. - с. 50 - 54.

9. Бобровский В.И., Козаченко Д.Н. Информационные технологии в проектировании железнодорожных станций и узлов // Залiзничний транспорт України. - 1999. - №6(15). - с. 6 - 10.

10. Бобровский В.И., Козаченко Д.Н. Расчет эксплуатационных расходов в задачах оптимизации продольного профиля железнодорожных станций // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2000. - №2. - с. 14 - 19.

11. Бобровский В.И. Оптимизация формирования многогруппных составов // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2000. - №6. - с. 10 - 14.

12. Бобровский В.И., Вернигора Р. В. Функциональное моделирование железнодорожных станций в тренажерах оперативно-диспетчерского персонала // Математичне моделювання. - 2000. - №2(5). - с. 68-71.

13. Бобровский В.И. Эргатические модели сортировочных горок // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2001.- №5.- с. 7 - 11.

14. Аркатов В.С., Бобровский В.И., Муха Ю.А., Муратов А.А. Улучшение использования сортировочных путей при автоматизации роспуска // Железнодорожный транспорт. - 1983. - №11. - с. 20-22.

15. Муха Ю.А., Бобровский В.И. Исследование влияния высоты сортировочной горки на качество прицельного регулирования // Вопросы механизации и автоматизации сортировочного процесса на железнодорожных станциях: Труды ДИИТа. - Вып. 168/9. - Днепропетровск. - 1975. - с. 39 - 54.

16. Бобровский В.И. Определение вероятностей разделения отцепов на стрелках сортировочной горки // Вопросы механизации и автоматизации сортировочного процесса на станциях: Труды ДИИТа.-Вып.181/10.-Днепропетровск.-1976.-с. 56 - 63.

17. Муха Ю.А., Бобровский В.И. Использование ЭВМ при расчете плана горочной горловины сортировочного парка // Применение вычислительной техники в учебном процессе: Труды вузов МПС. - Вып. 591. - М.: МИИТ, 1977. - с. 140 - 147.

18. Бобровский В.И. Временной принцип моделирования скатывания отцепов с горки // Вопросы механизации и автоматизации сортировочного процесса на станциях: Межвуз. сб. научн. тр. - Вып. 197/12.-Днепропетровск: ДИИТ, 1978.- с. 50 - 58.

19. Бобровский В.И., Муратов А.А. Об одном алгоритме управления интервальными тормозными позициями // Вопросы механизации и автоматизации сортировочного процесса на станциях: Межвуз. сб. научн. тр. - Вып. 216/14. - Днепропетровск: ДИИТ, 1981. - с. 29 - 36.

20. Бобровский В.И., Горбачева И.А., Муратов А.А. Моделирование управляемого скатывания отцепов на автоматизированных сортировочных горках // Вопросы механизации и автоматизации сортировочного процесса на станциях: Межвуз. сб. научн. тр. - Вып. 229/15. - Днепропетровск: ДИИТ, 1983. - с. 22 - 29.

21. Муха Ю.А., Бобровский В.И., Муратов А.А., Бондаренко В.Э. Об идентификации процесса скатывания отцепов с сортировочной горки // Вопросы проектирования и организации работы железнодорожных станций и узлов: Межвуз. сб. научн. тр. - Новосибирск: НИИЖТ, 1985. - с. 41 - 47.

22. Бобровский В.И. Автоматизация проектирования стрелочных горловин сортировочных парков // Совершенствование технических устройств и технологии управления процессом расформирования составов на сортировочных горках: Межвуз. сб. научн. тр. - Днепропетровск: ДИИТ, 1986. - с. 42 - 49.

23. Бобровский В.И Автоматизация составления сортировочного листа при использовании комбинаторного метода сортировки вагонов // Механизация и автоматизация сортировочного процесса на железнодорожных станциях: Межвуз. сб. научн. тр. - Днепропетровск: ДИИТ, 1990. - с. 60 - 69.

24. Бобровский В.И. Моделирование системы управления пропуском поездов через пересечения // Концепцiя пiдвищення ефективностi вантажних перевезень на залiзничному транспортi: Мiжвуз. зб. наук. пр. - Вип. 33. - Харкiв: ХарДАЗТ, 1998. -с. 71-79.

25. Бобровский В.И. Имитационная модель развязки линий в железнодорожном узле // Концепцiя пiдвищення ефективностi вантажних перевезень на залiзничному транспортi: Мiжвуз. зб. наук. пр. Вип. 38. - Харкiв: ХарДАЗТ, 1999. - с. 35 - 42.

26. Бобровский В.И. Оптимизация режимов торможения отцепов на сортировочных горках / Транспорт: Зб. наук. праць ДІІТу.- Дніпропетровськ: Арт-Пресс, 2000.- с. 43 - 47.

ДОДАТКОВІ ПРАЦІ

27. Бобровский В.И. Исследование влияния длины измерительного участка на скорость роспуска составов // Совершенствование технических устройств и технологии управления процессом расформирования составов на сортировочных горках: Межвуз. сб. научн. тр. - Днепропетровск: ДИИТ, 1986. - с. 50 - 59.

28. Бобровский В.И. Функциональное моделирование железнодорожных станций // Тези доповідей міждержавної конференції “Комп'ютерне моделювання”. - Дніпродзержинськ: ДДТУ, 1999. - с. 42-43.

29. Бобровский В.И. Вернигора Р.В. Функциональное моделирование в тренажерах оперативно-диспетчерского персонала железнодорожного транспорта // Тези доповідей міждержавної конференції “Комп'ютерне моделювання”. - Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2000. - с. 167-168.

30. Бобровский В.И. Временной принцип в имитационной модели процесса скатывания отцепов с сортировочной горки // Вопросы проектирования и технология транспортных узлов: Межвуз. сб. научн. тр. - Вып. 674. - М.: МИИТ, 1980. - с. 70-71.

31. Бобровский В.И., Горбачева И.А., Муратов А.А. Моделирование управляемого скатывания отцепов на автоматизированных сортировочных горках // Проблемы наращивания мощности станций и узлов: Межвуз. сб. научн. тр. - Вып. 765. - М.: МИИТ, 1985. - с. 55-56.

32. Бобровский В.И., Муратов А.А. Управление интервальными тормозными позициями на автоматизированных сортировочных горках // Совершенствование технологии перевозок и увеличение пропускной способности железных дорог: Межвуз. сб. научн. тр. - Вып. 736. - М.: МИИТ, 1983. - с. 12 - 14.

33. Бобровский В.И. Исследования и оптимизация режимов торможения отцепов на сортировочных горках. //Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1999. - № 4. - с. 86-87.

34. Бобровский В.И. Оптимизация режимов расформирования составов на сортировочных горках // Тези доповідей міждержавної конференції “Комп'ютерне моделювання”. - Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2000. - с. 165-166.

35. Бобровский В.И. Имитационное моделирование роспуска составов в тренажерах горочных операторов // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2001. - № 4. - с. 112.

36. Бобровский В.И. Интервальное регулирование скорости отцепов на сортировочных горках // Інформаційно - керуючі системи на залізничному транспорті. - 2002. - № 4, 5 (додаток). - с. 23.

37. Бобровский В.И., Козаченко Д.Н. Интегрированные модели железнодорожных станций // Інформаційно - керуючі системи на залізничному транспорті. - 2002. - № 4, 5 (додаток). - с. 23.

38. Бобровский В.И., Вернигора Р. В. Тренажеры для подготовки оперативно- диспетчерского персонала железнодорожных станций // Інформаційно - керуючі системи на залізничному транспорті. - 2002. - № 4, 5 (додаток). - с. 22-23.

АННОТАЦИЯ

Бобровский В. И. Теоретические основы совершенствования конструкции и технологии работы железнодорожных станций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.22.20 - эксплуатация и ремонт средств транспорта, Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2002.

Диссертация посвящена проблеме совершенствования конструкции и технологии работы железнодорожных станций на основе их математического моделирования. В диссертации разработана интегрированная система структурно-параметрических и функциональных моделей для автоматизированного анализа и синтеза рациональной конструкции и технологии работы станций.

Структурно-параметрические модели отображают конструкцию путевого развития станций и используются для его синтеза. Они реализованы с использованием геометрических моделей станций, основанных на представлении их схем с помощью взвешенных ориентированных графов. Система геометрических моделей, используемых на отдельных этапах синтеза станции (входные, внутренние, выходные модели), позволяет осуществить графический ввод немасштабной схемы, автоматически выполнить ее топологический анализ и идентификацию отдельных элементов, расчет плана путевого развития, а также построение чертежей.

Функциональные модели используются для анализа станций и позволяют получить количественную оценку их эффективности, необходимую для поиска путей улучшения конструкции и технологии работы станций. Система функциональных моделей включает имитационные модели 4-х станционных подсистем: подходов к станциям, включая развязки линий, собственно станций или отдельных парков, сортировочных горок и районов формирования. Модели указанных подсистем построены с использованием системного подхода и имеют иерархическую структуру. На метауровне каждая подсистема станции рассматривается как многофазная, многоканальная управляемая система массового обслуживания потока заявок определенного типа. На макроуровне осуществляется моделирование соответствующей системы регулирования движения поездов и/или маневровых составов, а также моделирование обслуживания потоков заявок. На микроуровне выполняется имитационное моделирование перемещения отдельных единиц подвижного состава с использованием дифференциальных уравнений. Разработанные функциональные модели построены как эргатические; в них человек принимает непосредственное участие в моделировании, выполняя функции оперативно-диспетчерского персонала.

Модель технологического процесса обслуживания отдельной заявки учитывает очередность всех выполняемых операций, их взаимную обусловленность, закон распределения времени выполнения, а также специализацию и число исполнителей. Базой данных для функциональных моделей служат геометрические модели станций, которые используются для имитационного моделирования перемещений подвижного состава, а также для создания информационных моделей, необходимых для участия человека в моделировании. Разработанные основы теории функционального моделирования станций были использованы при создании моделей четырех базовых станционных подсистем. Функциональная модель подхода к станции включает развязки линий и служит для моделирования движения потоков поездов на примыкающих линиях и их пропуска через пункты пересечения. Она включает модель системы регулирования движения поездов, построенную на основе конечного автомата Мили. Функциональная модель станции (отдельного парка), предназначена для имитации обслуживания поступающих поездов. Разработана методика формализации технологических процессов обработки поездов на базе структурно-временных таблиц операций. Имитационная модель перемещения объектов построена на основе предположения об их равноускоренном движении. Для проверки свободности маршрутов движения создана модель системы ЭЦ, которая построена на основе детерминированного конечного автомата; функционирование автомата описывается совокупностью булевых функций. В состав эргатической модели станции включена информационная модель, позволяющая человеку контролировать протекающие процессы, принимать необходимые решения и обеспечивать их реализацию. Получила дальнейшее развитие теория сортировочного процесса; усовершенствована модель сортировочной горки на основе сплайн-аппроксимации ее профиля. Установлена область допустимых режимов торможения отцепов, определены ее закономерности. Разработан новый двухэтапный метод оптимизации режимов торможения, основанный на идеях динамического программирования, позволяющий максимизировать минимальный интервал между отцепами состава на разделительных элементах и наилучшим образом распределить остальные интервалы. Разработаны теоретические основы моделирования процесса формирования многогруппных составов, использованные при создании модели подсистемы формирования, установлены основные факторы, определяющие время формирования, разработана методика формализации процесса формирования, предложен новый распределительный метод формирования. Разработан статистический метод оптимизации схемы формирования, построена имитационная модель для его реализации.

Разработанная совокупность моделей может быть положена в основу автоматизированной системы поддержки принятия решений, которая необходима для оценки и выбора рационального комплекса мероприятий, направленных на совершенствование конструкции и технологии работы железнодорожных станций.

Ключевые слова: станция, геометрическая модель, функциональная модель, развязка линий, сортировочная горка, формирование составов, оптимизация.

АННОТАЦІЯ

Бобровський В. І. Теоретичні основи удосконалення конструкції і технології роботи залізничних станцій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.22.20 - експлуатація і ремонт засобів транспорту, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В.Лазаряна, Дніпропетровськ, 2002.

Дисертація присвячена проблемі удосконалення конструкції і технології роботи залізничних станцій на основі математичного моделювання. У дисертації розроблена інтегрована система геометричних і функціональних моделей для аналізу і синтезу станцій. Геометричні моделі відображають конструкцію колійного розвитку станцій і використовуються для його синтезу. Функціональні моделі використовуються для аналізу станцій і дозволяють одержати оцінку їх ефективності, необхідну для пошуку шляхів поліпшення конструкції і технології станцій. Розроблені теоретичні основи і створені функціональні моделі основних станційних підсистем: парків станцій і підходів до них, сортувальних гірок і районів формування. Функціональні моделі здійснюють імітаційне моделювання підсистем; вони побудовані з використанням системного підходу і мають ієрархічну структуру.

Розроблена сукупність моделей може бути покладена в основу автоматизованої системи підтримки прийняття рішень для оцінки і вибору раціонального комплексу заходів, спрямованих на підвищення ефективності експлуатації станцій.

Ключові слова: станція, геометрична модель, функціональна модель, розв'язка ліній, сортувальна гірка, формування составів, оптимізація.

THE SUMMARY

Bobrovsky V.I. Fundamental theory of perfecting of a design and technology of railway stations. - Manuscript.

Thesis for awarding of a scientific doctor degree of the technical science on a speciality 05.22.20 - exploitation and repair of transport means. - Dniepropetrovsk National University of Railway Transport named after academician V. Lazaryan, Dniepropetrovsk, 2002.

The thesis is devoted to a problem of perfecting of a design and technology of railway stations on the basis of mathematical modelling. In a thesis the integrated system of geometrical and functional models for the analysis and synthesising of stations is designed. The geometrical models describe a design of yard track and will be used for its synthesising. The functional models will be used for the analysis of stations and allow to receive an estimation of their efficiency for looking up of paths improvement for a design and technology of stations. The fundamental theory are designed and the functional models of the basic subsystems of stations (station and approaches road, hump and formation yard) are created. The functional models execute simulation modelling of subsystems; they are built with usage of system approach and have an hierarchical structure.

The designed combination of models can be trusted to in the fundamentals of the automated decision support system for an estimation and selection of a rational complex of measures, directional on increase of efficiency of stations exploitation.

Keywords: railway station, geometrical model, functional model, decoupling of lines, hump, formation of trains, optimisation.

Размещено на Allbest.ru

...