Удосконалення процесів експлуатації вагонних парків з урахуванням особливостей їх обліку і використання

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСІВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ВАГОННИХ ПАРКІВ З УРАХУВАННЯМ ОСОБЛИВОСТЕЙ ЇХ ОБЛІКУ І ВИКОРИСТАННЯ 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Дніпропетровськ – 2008 Дисертацією є рукопис Робота виконана в Дніпропетровському національному університеті залізничного транспорту

імені академіка В. Лазаряна Міністерства транспорту та зв’язку України. Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Скалозуб Владислав Васильович, завідувач кафедри комп’ютерних інформаційних технологій Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Бобровський Володимир Ілліч, завідувач кафедри станцій та вузлів Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Міністерство транспорту та зв’язку України. кандидат технічних наук, доцент Яновський Петро Олександрович, головний науковий співробітник відділу транспортних технологій

Державного підприємства “Державний науково-дослідний центр залізничного транспорту України”, Міністерство транспорту та зв’язку України. Захист відбудеться « 07 » травня 2008 р. о 14:30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.820.02 в Дніпропетровському національному університеті залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна за адресою: 49010, м. Дніпропетровськ, вул.

Академіка Лазаряна, 2. З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна Автореферат розісланий « 04 » квітня 2008 р. Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Жуковицький І.В. доктор технічних наук, професор ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА

РОБОТИ Актуальність роботи. Найважливішим завданням управління експлуатаційною роботою залізничного транспорту є підвищення ефективності використання вагонного парку. Удосконалення управління експлуатаційною роботою, зменшення вартості транспортної складової в ціні продукції передбачено концепцією Державної програми реформування залізничного транспорту. У зв'язку з тим, що експлуатація різних категорій вантажного вагонного парку регулюється окремими правилами

і тарифами, резервом підвищення ефективності є урахування особливостей обліку і використання рухомого складу. В теперішній час ефективне управління і експлуатація вагонних парків не можливі без застосування автоматизованих систем, зокрема системи керування вантажними перевезеннями АСК ВП УЗ. Універсальність концепції системи АСК ВП УЗ забезпечує можливість розв’язання не тільки технологічних, а й фінансово-економічних

і інформаційних завдань забезпечення перевізного процесу. Одним із завдань подальшого розвитку системи АСК ВП УЗ являється побудова уніфікованої системи відповідних математичних моделей і методів інтелектуального аналізу, що забезпечить ухвалення більш обґрунтованих рішень з оперативного управління процесами перевезень. Актуальність задачі удосконалення оперативного управління експлуатацією

вагонних парків, які мають особливості із обліку і використання, зокрема вагонів власності країн СНД і Балтії (іновагонів), обумовлена додатковими вимогами до управління і значним обсягом їх руху по полігону Укрзалізниці (УЗ). Розроблені при цьому інформаційні технології дозволяють по-новому вирішувати задачі експлуатації, пов'язані з оптимальним за економічними критеріями використанням вагонного парку.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до Програми реструктуризації Укрзалізниці на 1998 -2003 рр. та концепції Державної програми реформування залізничного транспорту в рамках НДР за договором № 94/2.00 ЦТЕХ «Розробка програмного забезпечення автоматизованого робочого місця працівників ЦД Укрзалізниці по управлінню вагонами

іноземних власників”, НДР за договором № 347/02-1017.02-ЦТЕХ «Розробка АРМ для працівника служби Д для управління використанням іновагонів за показниками економічної ефективності», і НДР за договором № 66/06-ЦТЕХ - 190/06-ЦЮ «Розробка методології використання вагонів власників країн СНД і Балтії на полігоні залізниць України на засадах технолого-економічної моделі процесу перевезень”

(номер державної реєстрації 0106U011751). Мета і завдання дослідження. Метою дисертації є підвищення ефективності використання вантажного вагонного парку з урахуванням особливостей обліку і використання вагонів, удосконалення процедур експлуатації вантажних вагонів за рахунок створення засобів математичного моделювання і аналітичних компонентів інформаційно-управляючих систем оперативного керування вагонопотоками на полігоні залізниць

України. Для досягнення мети в дисертації поставлено і вирішено наступні задачі: розробити методику і на основі даних моніторингу процесу вантажних перевезень виконати аналіз параметрів руху вагонного парку на полігоні УЗ. При дослідженнях встановити відмінності характеристик експлуатації іновагонів, суттєві для визначення потреби щодо розвитку методів

їх ефективної експлуатації; розробити математичну модель для планування вантажних перевезень з підведенням порожніх вагонів до пунктів навантаження з урахуванням технологічних і економічних особливостей експлуатації вагонних парків; розробити систему математичних моделей і відповідних інформаційних технологій для прогнозування параметрів руху вагонопотоків, які ураховують статистичні і нечіткі властивості даних про процеси вантажних перевезень; удосконалити

метод графічної оцінки і аналізу потоків у мережах (ГЕРТ-метод) за рахунок використання як статистичних, так і нечітких представлень даних для оцінки параметрів вагонопотоків з урахуванням плану формування; розробити методи побудови баз знань про процеси перевезень у формі нечітких правил продукцій для автоматизації системи управління вагонними парками; розробити АРМ працівника служби перевезень для розв’язання задачі експлуатації

іновагонів за економічними показниками. Об'єктом дослідження є процеси експлуатації вагонних парків на полігоні Укрзалізниці. Предметом дослідження є оперативне управління вагонопотоками за економічними критеріями з урахуванням особливостей їх обліку і використання. Методи досліджень. Результати дисертації отримані за допомогою методів моніторингу процесу вантажних

перевезень, методів аналізу і моделювання на основі часових рядів і імітаційного моделювання, методів теорії ймовірностей і математичної статистики, методів аналізу потоків в мережах, моделей і методів теорії нечітких множин і розпізнавання образів, лінійного програмування, а також методів штучного інтелекту. Моніторинг процесу вантажних перевезень, методи теорії ймовірностей

і математичної статистики використані для аналізу і ідентифікації параметрів моделей. Моделювання на основі часових рядів використано при побудові моделі із визначення часу переробки потоку вагонів. Методи аналізу потоків в мережах та методи теорії нечітких множин використані для моделювання процесів експлуатації вагонопотоків на полігоні залізничної мережі з метою прогнозування об'ємних і часових характеристик руху вагонів.

Методи штучного інтелекту застосовувалися при побудові правил і рішень на нечітких потокових графах руху вагонів. Методи лінійного програмування використані для оптимального планування вантажних перевезень з підведенням порожніх вагонів до пунктів навантаження. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: 1. Уперше з використанням повагонного моніторингу процесу вантажних перевезень досліджено характеристики

вагонопотоків інвентарного парку і парку вагонів іноземних власників, які мають технологічні і економічні особливості використання. Встановлено істотну відмінність їх характеристик, що обумовило необхідність удосконалення методик і автоматизованих систем експлуатації вагонів. 2. Удосконалено модель і метод оптимального планування вантажних перевезень на мережі залізниць, що враховують обмеження на

пропускну спроможність станцій, а також особливості використання різних вагонних парків. Це дозволило підвищити економічну ефективність використання парку порожніх іновагонів шляхом їх раціонального призначення під навантаження у попутному до країни-власника напрямку. 3. Отримав розвиток ГЕРТ-метод, який ураховує структурні властивості руху вагонопотоків за планом формування, а також використовує нечіткі моделі даних. Використання методу дозволяє підвищити точність прогнозів

часових параметрів процесів перевезень. 4. Удосконалено метод автоматизованої побудови баз знань про часові та об’ємні характеристики експлуатації вагонних парків у формі непереривних нечітких величин, що дозволяє підвищити ефективність автоматизованих систем планування вантажних перевезень. 5. Вперше процес вантажних перевезень розглянуто як конвеєрну модель, яка для оцінки часу руху вагонів через заданий полігон використовує дані про вагонопотоки на границях полігонів, що дозволяє прогнозувати

показники руху вагонів при мінімальній інформації. При цьому у якості полігону можуть бути залізниці, дирекції, інше. Практичне значення отриманих результатів визначається наступним. У Головному управлінні перевезень Укрзалізниці запроваджено у дослідну експлуатацію АРМ по управлінню експлуатацією іновагонів за економічними показниками, в якому використано розроблені

математичні моделі і методи, що дозволяє більш ефективно використовувати вагонний парк іноземних власників. Розроблені методи автоматизованої побудови баз нечітких правил про характеристики експлуатації вагонних парків на основі аналізу даних моніторингу процесу вантажних перевезень можуть бути використані для удосконалення аналітичних функцій системи АСК ВП УЗ. Вперше для застосування ГЕРТ-методу при плануванні вагонопотоків розроблено алгоритм структурного

перетворення графів процесів, які ураховують структуру плану формування поїздів. Розроблено алгоритм розрахунку модифікованої ГЕРТ-мережі, яка використовує нечіткі дані. Засоби із автоматизації управління експлуатацією іновагонів використано у навчальному процесі. Особистий внесок здобувача. Всі результати теоретичних і експериментальних досліджень, наведені в роботі, отримані автором особисто або безпосередньо з його

участю. У статтях, опублікованих в спеціалізованих виданнях із співавторами [2, 4-8], здобувачу належить наступне: - дослідження характеристик вагонопотоків інвентарного парку і парку іноземних власників [2,4]; - методи побудови нечітких характеристик руху вагонопотоків [4]; - метод прогнозування термінів руху вагонів на основі нечіткої класифікації даних про процеси перевезень [5]; - модель оптимального планування перевезень на мережі залізниць з урахуванням

роботи іновагонів і вагонів інвентарного парку [2]; - розвиток структурного рівняння Мейсона для потокових графів перевезень з нечіткими характеристиками руху вагонопотоків [6]; - мережеві моделі баз знань з нечіткими множинами властивостей, які задані прецедентами [8]; - рішення задачі прогнозування параметрів вагонопотоків іноземних власників на основі розпізнавання нечітких образів [7]. Апробація результатів дисертації. Основні положення

і результати дисертації доповідалися, обговорювалися і були схвалені на міжнародних конференціях "Комп'ютерне моделювання" (1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006, 2007 рр м. Дніпродзержинськ), на міжнародних конференціях "Проблеми економіки транспорту" (2001, 2002, 2003, 2005, 2006, 2007 рр м. Дніпропетровськ); на міжнародній конференції “Prediction and decision making under uncertainties” (2001

р м. Київ), на міжнародній конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем” (2004 р м. Дніпропетровськ), на конференції “Контроль і управління в складних системах” (2001 р м. Вінниця); на конференції “Проблеми та перспективи розвитку транспортних систем: техніка, технологія, економіка і управління” (2005 р м. Київ), на міжнародній конференції «Сучасні

інформаційні технології на транспорті, в промисловості і освіті” (2007 р м. Дніпропетровськ); на науковому семінарі кафедри Комп'ютерних інформаційних технологій ДІІТу (2000, 2001, 2005, 2006, 2007 рр м. Дніпропетровськ). Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 27 наукових працях, зокрема 8 статей - в наукових збірках, що входять до переліку фахових видань,

19 - в тезах доповідей міжнародних конференцій. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, містить 185 сторінок друкованого тексту, має 45 рисунків, 19 таблиць, список використаних літературних джерел зі 124 найменувань, має 4 додатки. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ В першому розділі виконано аналіз процесів експлуатації вагонів на полігоні залізниць України, зокрема вагонів інвентарного парку УЗ і вагонів власності країн

СНД і Балтії, а також обґрунтовано актуальність проблеми підвищення їх ефективності, проведено огляд літератури, сформовано цілі і задачі дослідження. Показано, що експлуатація вагонів, які мають особливості обліку і використання, пов'язана з необхідністю залучення додаткових економічних, експлуатаційних і управлінських ресурсів. Так, відповідно до існуючої технології управління

іновагонами рішення стосовно можливості використання кожного вагону приймає фахівець служби стеження за іновагонами Головного управління перевезень УЗ. Для цього потрібно урахувати комплекс факторів, які суттєвим чином впливають на економічну ефективність використання вагону: станція дислокації порожнього вагону, станція навантаження, напрямок перевезення, адміністрація-власник вагону, термін знаходження вагону на

УЗ. Урахувати зазначені фактори в їх взаємозв’язку можливо тільки з використанням інформаційної системи із застосуванням оптимізаційної математичної моделі. При цьому виникають потреби прогнозування часових характеристик руху вагонопотоків на різних полігонах залізниць, а також визначення порівняльної ефективності перевезень вантажів вагонами інвентарного парку і інших категорій. В розробку задачі управління вагонопотоками значний вклад внесли

вчені: Акулінічев В.М Балч В.І Бутько Т.В Диканюк М.М Д’яков Ю.В Кудрявцев В.О Негрей В.Я Ратін Г.С Угрюмов А.К Тулупов Л.П Шаров В.А. Для розв’язання задач щодо удосконалення систем оперативного правління вагонопотоками важливими є роботи Гусятинера О.М Жуковського Є.М Петрова О.П Попсуєва А.В Смєхова О.А Тулупова Л.П Харлановича

І.В. Відмінна від вагонів інвентарного парку структура витрат на експлуатацію такої категорії вагонного парку, як іновагони, вимагає використання окремих методів і моделей. Рішенню задач ефективного управління вагонопотоками іноземних власників присвячені роботи Ковальова В.І Осьмініна О.Т Скалозуба В.В Тишкина Є.М Феофілова А.

Н. та ін. Ефективна експлуатація вагонних парків, які мають особливості обліку і використання, зокрема іновагонів, представляє самостійну задачу, рішення якої приведе до істотного збільшення надходжень додаткових коштів при раціонально організованих перевезеннях. Актуальною є проблема оптимальної за технологічними і економічними показниками сумісної експлуатації вантажних вагонів

інвентарного парку і іновагонів на полігоні залізниць України. У другому розділі виконані дослідження параметрів вагонопотоків, виділені і вивчені закономірності процесів експлуатації вагонів інвентарного парку і іновагонів на території України. Результати аналізу параметрів вагонопотоків використані при розробці математичних моделей процесів

експлуатації вагонів, призначених для планування і оптимального управління вагонопотоками. Аналіз показав, що у використанні вагонного парку різних власників є істотні відмінності, що приводять до кількісно і якісно різних математичних моделей описання процесів. Досліджено часові параметри вагонопотоків, зокрема час обробки вагону на станції, час руху, час простою під вантажною операцією. Структура і характеристики вагонопотоків визначаються з урахуванням специфіки

експлуатації різного роду вагонів, а також з урахуванням технологічних і економічних характеристик транспортних підсистем (мереж). Порівняльний аналіз даних моніторингу показує, що для кожного роду вагонів характерні свої особливості в об'ємах і термінах перевезень і обробки вагонів на станції (табл.1). Аналіз характеристик руху вагонопотоків на основі даних

інформаційних систем УЗ показує, що часові характеристики руху і обробки вагонів іноземних власників відрізняються від характеристик руху і обробки вагонів УЗ того ж роду. Відмінності можуть досягати 30-35% (табл. 2). Таблиця 1. Середній час руху та обробки іновагонів за період з 01.01.2002 по 15.05.2002 Ділянка Криті Платформи Піввагони Цистерни Синельникове 1 -

Запоріжжя Ліве 139,2 132,2 113,1 129,2 Синельникове 1 - Мелітополь – 215 279 279,4 Синельникове 1 - Синельникове 1 75,9 65,0 49,4 62,0 Запоріжжя Ліве - Запоріжжя Ліве 1687,6 1073,4 972,7 849,6 Таблиця 2. Середній час обробки вагонів на станціях за серпень - вересень 2006 р. Рід вагону Станція Інвентарний парк Іновагони піввагони

Новомосковськ 38,32 41,61 піввагони Правда 44,58 30,51 цистерни НД-Вузол 38,77 46,38 інші Роковата 46,00 24,58 Для кожної категорії вагонів (в результаті впливу технологічних і економічних характеристик транспортних підсистем) характерні свої особливості в об'ємах і термінах перевезень. Причому, різнорідні вагонопотоки відрізняються не тільки часовими характеристиками руху і обробки на станціях, але і мають різні маршрути руху по транспортній мережі.

Дослідження показали залежність параметрів руху від таких характеристик, як власник, тип вагонного парку, рід рухомого складу, дислокація вагонів. Для проведення аналізу характеристик руху і переробки іновагонів використовувалися дані моніторингу процесів експлуатації рухомого складу за період з травня 2004 року по серпень 2006 року на Придніпровській залізниці. На рис. 2 представлено два ряди значень – середній час знаходження вагонів на станції за день (тонка

лінія) і середній час знаходження на станції накопичуючим підсумком з початку місяця (жирна лінія). Аналіз показав, що: - термін знаходження вагонів на станції не є постійною в часі величиною і може змінюватися в значних межах - в 10 і більше разів; - термін знаходження вагонів на станції істотно розрізняється для різного роду вагонів; - середній час на станції в загальному випадку не

є стаціонарною величиною, наприклад перша і друга половина місяця для цистерн на ст. Синельникове 1 (рис.2). При цьому різниця досягає 25 - 30 %; - не відповідає умовам стаціонарності також і час руху на ділянці (рис. 1).