Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети
Рассматривается стенд имитационного моделирования наиболее проблемной технологической линии переработки транзитного вагонопотока, обеспечивающий принятие решений, улучшающих эксплуатационные показатели сортировочной станции. Излагается динамика взаимодействия имитационной модели сортировочной станц...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут програмних систем НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4601 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети / Е.И. Сукач // Пробл. програмув. — 2009. — № 3. — С. 81-89. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860192802170732544 |
|---|---|
| author | Сукач, Е.И. |
| author_facet | Сукач, Е.И. |
| citation_txt | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети / Е.И. Сукач // Пробл. програмув. — 2009. — № 3. — С. 81-89. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Рассматривается стенд имитационного моделирования наиболее проблемной технологической линии переработки транзитного вагонопотока, обеспечивающий принятие решений, улучшающих эксплуатационные показатели сортировочной станции. Излагается динамика взаимодействия имитационной модели сортировочной станции и системы принятия решений при непосредственном участии лица принимающего решения.
Розглядається стенд імітаційного моделювання найбільш проблемної технологічної лінії переробки транзитного вагонопотоку, що забезпечує прийняття рішень, що поліпшують експлуатаційні показники сортувальної станції. Викладається динаміка взаємодіяння імітаційної моделі сортувальної станції і системи прийняття рішень при особистій участі особи, що приймає рішення.
The stand of simulation of the most problematic technological line of processing of the transit traffic volume, providing the decision-making, improvement of the operational indicators of a shunting depot is considered. The dynamics of the interaction of simulation model of a shunting depot and the decision-making system is stated with the direct participation of the person responsible for decision-making.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:06:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
81
УДК 681.3
Е.И. Сукач
СТЕНД ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
СОРТИРОВОЧНОЙ СТАНЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СЕТИ
Рассматривается стенд имитационного моделирования наиболее проблемной технологической линии
переработки транзитного вагонопотока, обеспечивающий принятие решений, улучшающих эксплуата-
ционные показатели сортировочной станции. Излагается динамика взаимодействия имитационной мо-
дели сортировочной станции и системы принятия решений при непосредственном участии лица при-
нимающего решения.
Введение
Сортировочная станция железнодо-
рожной сети, представляет собой сложный
комплекс технологически взаимосвязанных
элементов и операций. Технологический
процесс работы сортировочной станции
включает следующие технологические ли-
нии обслуживания транспортного потока:
переработка и отправление местного ваго-
нопотока; пропуск всех категорий пасса-
жирских и пригородных поездов; обра-
ботка и пропуск транзитных грузовых по-
ездов без изменения массы и длины; обра-
ботка и пропуск частично перерабатывае-
мых поездов; сортировка вагонопотоков в
соответствии с установленным планом фор-
мирования поездов. Последняя из перечис-
ленных линий является основной по объёму
и сложности реализуемых операций, поэто-
му далее она отождествляется с работой
сортировочной станции. При её организа-
ции возникают проблемы, требующие раз-
работки математических моделей и соот-
ветствующих программных средств.
Подходы к исследованию функцио-
нирования сортировочных станций изла-
гаются в ряде работ, среди которых [1–3].
Однако предлагаемые методы ограничи-
вают исследователя в составе задаваемых
параметров, позволяют найти приближён-
ное решение лишь некоторых частных за-
дач и не имеют средств автоматизации
процесса исследования. Непредсказуемый
характер реализации технологического
процесса переработки транзитного вагоно-
потока, обусловленный изменением объё-
мов работ, случайным временем
реализации технологических операций
(ТХО), наличием конкуренции между
ТХО за общие ресурсы станции, требует
проведения множества имитационных экс-
периментов (ИЭ).
Использование универсальных ме-
тодов имитационного моделирования тех-
нологических процессов [4] не позволяет
учесть особенности функционирования
сортировочной станции как разновидности
транспортной системы. Разработка спе-
циализированного стенда, являющегося
развитием комплекса имитационного мо-
делирования транспортных систем [5], по-
зволяет учесть при моделировании осо-
бенности транспортных систем, выделен-
ные и учтенные при разработке комплекса
и организовать моделирование с учётом
этих особенностей. Следует отметить, что
комплекс позволяет решать ряд типовых
задач, возникающих при исследовании
транспортных систем. Однако, выделение
специфических задач обслуживания
транспортного потока на сортировочной
станции и необходимость проработки во-
просов, связанных с выделением и осво-
бождением ресурсов при организации это-
го обслуживания, потребовало развития
возможностей подсистем принятия реше-
ний и отображения результатов моделиро-
вания.
Таким образом, результатом приме-
нения и развития классических положений
имитационного моделирования для иссле-
дования технологического процесса пере-
работки транзитного вагонопотока стала
разработка и реализация программного
стенда имитационного моделирования
сортировочной станции, отличающегося
тем, что: © Е.И. Сукач, 2009
ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2009.
№ 3
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
82
− процесс переработки транзитного
вагонопотока рассматривается на высоком
уровне детализации;
− нагрузка представлена в модели
множеством сложных составных транзак-
тов, динамически изменяющих свою
структуру в процессе моделирования;
− формализация технологического
процесса переработки транзитного вагоно-
потока основана на сочетании аналитиче-
ского аппарата сетевого планирования и
метода Монте-Карло;
− при моделировании отражается
конкуренция ТХО за ограниченный состав
ресурсов сортировочной станции;
− управление имитационным модели-
рованием базируется на эвристических
правилах, механизме управления объёмом
используемых ресурсов, выборе альтерна-
тивных вариантов организации технологи-
ческого процесса;
− автоматизированы все этапы иссле-
дования характеристик сортировочной
станции.
Цель работы – изложение одного из
способов детального исследования сорти-
ровочной станции, основанного на приме-
нении стенда имитационного моделирова-
ния, позволяющего оптимизировать работу
станции и учесть вероятностные характе-
ристики её функционирования при моде-
лировании всей железнодорожной сети.
Стенд имитационного моделирова-
ния сортировочной станции и технология
его использования позволяют сопоставить
работу исследуемой сортировочной стан-
ции и её ИМ, которые функционируют в
различном временном масштабе. При этом
подсистема принятия решений стенда вы-
дает информацию лицу принимающему
решение (ЛПР) о возможности возникно-
вения сбоя в обслуживании транзитного
транспортного потока по истечении неко-
торого интервала времени и указать воз-
можные варианты предотвращения такой
ситуации и выхода из неё. ЛПР помимо
интегральных статистических данных о
ходе технологического процесса обслужи-
вания транзитного вагонопотока, получен-
ных в результате проведения серии ИЭ,
может использовать оперативные стати-
стические данные о состоянии технологи-
ческого процесса в ходе l-ой реализации
эксперимента с ИМ при некоторых задан-
ных параметрах. На их основании может
быть реализовано управление процессом
моделирования в ходе ИЭ.
1. Состав и структура стенда
имитационного моделирования
сортировочной станции
Стенд имитационного моделирова-
ния сортировочной состоит из следую-
щих компонентов:
− библиотеки имитационных моделей
сортировочной станции железнодорожной
сети (LIB_JST), позволяющей оперативно
создавать варианты моделей технологиче-
ского процесса переработки транзитного
вагонопотока на железнодорожной стан-
ции [6];
− подсистемы оптимизации и приня-
тия решений (OPTIM);
− подсистемы отображения результа-
тов моделирования (VIZ);
− базы данных моделирования
(BDM).
Основным компонентом стенда
является параметризованная имитационная
модель (IM_JST), реализующая моделиро-
вание технологического процесса перера-
ботки транзитного вагонопотока на желез-
нодорожной сортировочной станции с по-
мощью вероятностного сетевого графика
и использования процедуры Монте-Карло.
IM_JST включает следующие компонен-
ты: подмодель l-ой реализации IM_JST
согласно процедуре Монте-Карло; подсис-
тему реализации процедуры Монте-Карло;
подсистему распределения ресурсов; блок
технологического резервирования; блок
сбора статистических данных ИЭ; управ-
ляющую программу моделирования. В
IM_JST реализуются следующие виды
управления динамикой моделирования:
задание начальных значений множества
параметров технологического процесса,
определяющих состав и объём ресурсов
сортировочной станции; выбор вариантов
модификации структуры технологическо-
го процесса при возрастании временных
показателей обслуживания составов; оп-
ределение правил управления очередями
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
83
вагонопотока при его обслуживании тех-
нологическими операциями.
Подсистема оптимизации и приня-
тия решений, с одной стороны, взаимодей-
ствует с ИМ сортировочной станции, ис-
пользуя алгоритмы анализа и обработки
результатов моделирования. С другой сто-
роны, она принимает и обрабатывает ин-
формацию от ЛПР, с целью его воздейст-
вия на ход моделирования процесса пере-
работки транспортного потока. Структур-
но реализовано взаимодействие трёх
функциональных составляющих подсис-
темы OPTIM: блока планирования начала
моделирования, который задаёт начальные
условия для каждой реализации ИЭ со-
гласно процедуре Монте-Карло; блока ди-
намического управления ИЭ, который на
высоком уровне детализации управляет
имитационным моделированием выполне-
ния технологических операций; блока вво-
да и анализа информации от ЛПР, а также
подготовки информации по результатам
моделирования для ЛПР.
В алгоритме IM_JST имеется сис-
тема реагирования на множество воздей-
ствий подсистемы оптимизации и приня-
тия решений, а именно: изменение шага
наблюдения за статистическими данными
ИЭ; прерывание моделирования в текущей
реализации исследуемого варианта орга-
низации технологического процесса пере-
работки вагонопотока; переключение на
имитационное моделирование с изменени-
ем объёма ресурсов коллективного поль-
зования; переключение на альтернатив-
ный вариант организации технологическо-
го процесса обслуживания транзитного
потока.
Подсистема отображения результа-
тов моделирования VIZ позволяет: фор-
мировать графики расхода ресурсов во
времени; строить диаграммы характери-
стик реализации технологических опера-
ций; сравнивать показатели эффективно-
сти обслуживания вагонопотока. Результа-
ты визуализации выходных данных моде-
лирования поступают для анализа ЛПР
при каждой реализации ИМ сортировоч-
ной станции. Усреднённые графики дан-
ных моделирования по результатам N реа-
лизаций ИЭ предлагаются ЛПР по оконча-
нии серии экспериментов, обеспечиваю-
щих заданную точность.
База данных моделирования BDM
является буфером, в котором хранится в
структурированном виде информация, по-
ступающая от ЛПР, используемая подсис-
темой OPTIM, а также информация о раз-
витии процесса моделирования, предна-
значенная для ЛПР.
Стенд может быть установлен как
на отдельном компьютере, так и в локаль-
ной сети компьютеров, составляющих ав-
томатизированную систему управления
сортировочной станции. В случае локаль-
ной сети стенд имитационного моделиро-
вания может быть установлен на специ-
ально выделенном компьютере либо на
одной из рабочих станций автоматизиро-
ванной системы управления. При этом
программный стенд может быть использо-
ван для тестирования и отладки системы
управления в целом.
2. Формализация
технологического процесса
переработки транзитного
вагонопотока на сортировочной
станции
Технологический процесс перера-
ботки транзитного вагонопотока, который
является доминирующей технологической
линией сортировочной станции, реализует
следующие функции: прием поездов, их
подготовку к расформированию, расформи-
рование, накопление составов новых назна-
чений, формирование новых составов, под-
готовку их к отправлению и отправление.
Он может быть представлен в виде иерар-
хического графа, узлами которого являют-
ся ТХО, а ветвями – переходы от одной
ТХО к другой. Группы ТХО, реализующие
функции сортировочной станции, образу-
ют технологические цепочки, состав и ха-
рактеристики которых могут иметь суще-
ственные различия. Среди набора ТХО
можно выделить универсальные, которые
присутствуют на любой станции, и ориги-
нальные, наличие которых зависит от тех-
нологии работы станции. Последние счи-
таются фиктивными, если они не задейст-
вованы в процессе переработки транзитно-
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
84
го вагонопотока исследуемой станции, и в
процессе имитационного моделирования
не участвуют. Переходы между ТХО могут
быть детерминированными, вероятност-
ными и условными. Условные переходы
реализуются при наступлении определён-
ных событий. Вероятностные переходы
разыгрываются в соответствии с задан-
ным вектором вероятностей и позволяют
учесть многовариантность организации
технологического процесса.
Входной транзитный вагонопоток
образуют составы, которые поступая в
систему, разбиваются на вагоны и группы
вагонов, а затем в соответствии с назначе-
нием, собираются в новые составы. Со-
ставы представляются в виде сложных со-
ставных транзактов (ССТ), в которые вхо-
дят: на нижнем уровне – информационный
транзакт (имитатор вагона); на среднем
уровне – кортеж (имитатор группы вагонов
с одним назначением плана формирова-
ния); на верхнем уровне – состав (имитатор
поезда). На каждом уровне ССТ содержит-
ся определенная информация. Состав ин-
формации, содержащейся в теле ССТ, оп-
ределяет последовательность и величину
модельного времени выполнения ТХО,
требующихся для его обслуживания, а
также состав и объём необходимых для
этого обслуживания ресурсов.
Поскольку ССТ поступают не одно-
временно, то полученные в результате
разбиения кортежи накапливаются в пулах
(путях сортировочного парка станции, на
которых производится расформирование
составов и накопление вагонов на новые
составы). Выбор пула для ожидания на
накопление определяется его назначением
и зависит от информации, содержащейся в
кортеже. По окончанию накопления в пуле
определенного числа транзактов, произво-
дится сборка содержащихся в пуле корте-
жей в новый ССТ, который поступает на
обслуживание другими технологическими
операциями.
При построении ИМ сортировочной
станции используется аппарат сетевого
планирования [7], который позволяет ото-
бразить во времени параллельные и по-
следовательные ТХО процесса переработ-
ки транзитного вагонопотока, параметры
которого являются вероятностными. В со-
ответствии с графом технологического
процесса переработки транзитного вагоно-
потока строится сетевой график с элемен-
тами систем массового обслуживания
(СМО). Событиями сетевого графика яв-
ляются моменты начала и конца ТХО.
Рёбрами являются сами ТХО. В вершинах
сетевого графика вызываются специфиче-
ские процедуры свершения начала и конца
ТХО, которые не имеют продолжительно-
сти в модельном времени и выполняют в
системе следующие функции: определяют
последовательность выполнения ТХО, ис-
ходя из специальных таблиц смежности;
фиксируют статистическую информацию о
ходе имитационного моделирования; вы-
полняют операции, связанные с распреде-
лением ресурсов.
Элементами СМО в сетевом гра-
фике являются приборы массового обслу-
живания, отображающие ресурсы, и ис-
пользование очередей с управлением при
обслуживании транзактов технологиче-
скими операциями. Все ресурсы станции
(путевые, маневровые и бригады исполни-
телей) делятся на два типа: коллективного
и индивидуального пользования. Ресурсы
коллективного пользования, в отличие от
ресурсов индивидуального пользования,
требуются для выполнения более чем од-
ной ТХО. Кроме этого различают: неде-
лимый ресурс, состоящий из одной едини-
цы и ресурс, состоящий из нескольких
равнозначных единиц. Для всех ТХО при
запросе необходимых ресурсов действует
правило, в соответствии с которым, ресур-
сы одного типа выделяются одновременно,
а ресурсы разного типа выделяются неза-
висимо, при их наличии. Множество пу-
тевых ресурсов обрабатывается следую-
щим образом. Во-первых, задаётся множе-
ство технологических операций {TXOk},
для выполнения которых необходимо вы-
делить путевые ресурсы станции. Во-
вторых, всё множество путей станции раз-
деляется на непересекающиеся подмноже-
ства путей (горловин, стрелок) {RESj}, где
RESj – подмножество путевых ресурсов,
необходимое для осуществления более чем
одной ТХОk. В результате, каждой ТХОk
ставится в соответствие множество
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
85
{RESj}
k, где RESj – подмножество путевых
ресурсов, необходимое для осуществления
данной ТХОk, с указанием для каждого
RESj порядкового номера его получения.
Управление ресурсами реализуется
подсистемой распределения ресурсов, ко-
торая выполняет следующие операции:
− выделение ресурса RESj для ТХОk
по запросу, если ресурс свободен;
− занесение ТХОk в очередь к ресурсу
RESj, если ресурс занят;
− освобождение ресурса RESj, воз-
вращенного ТХОk, если ресурс не пере-
дается;
− передача ресурса RESj, возвращен-
ного ТХОk, другой ТХОh при необхо-
димости.
Своевременное выделение ресурсов
сокращает время обслуживания составов
на сортировочной станции и способствует
более эффективной организации её рабо-
ты. Кроме этого, наличие ресурсов для
обслуживания ССТ технологическими
операциями определяет их приоритетный
выбор из очереди к этим ТХО.
Выполнение последовательности
ТХО при обслуживании ССТ реализуется
процессами, которые синхронизированы в
модельном времени. Особенностью реали-
зации ИМ сортировочной станции являет-
ся конкуренция технологических опера-
ций за ограниченный состав ресурсов
станции. До момента выделения всех тре-
буемых ресурсов ТХО ожидает своей ак-
тивизации, после чего начинается модели-
рование её выполнения в l-ой реализации
ИЭ некоторой длительностью, которая ра-
зыгрывается с помощью функции распре-
деления.
С помощью процедуры Монте-
Карло помимо розыгрыша времени вы-
полнения ТХО реализуется вероятностный
выбор различного вида ресурсов, выделе-
нием и освобождением которых занимает-
ся подсистема распределения ресурсов,
определяется последовательность ТХО
(при вероятностных связях ТХО), форми-
руется структура и состав транзитного ва-
гонопотока станции. Поскольку все пере-
численные интервалы времени и величины
являются случайными, то в IM_JST все
они описываются с помощью функций
распределения, полученных на основании
статистической информации исследуемой
сортировочной станции, и задаются до
начала моделирования.
Вектор входных параметров моде-
лирования включает: число входов (выхо-
дов) исследуемой станции; функции рас-
пределения времени выполнения и стои-
мости выполнения ТХО; матрицу вероят-
ностей переходов между ТХО; матрицы
объёма ресурсов и запаса ресурсов раз-
личных типов, необходимых для выполне-
ния ТХО; функции распределения време-
ни поступления составов на станцию;
функции распределения типов составов.
В результате ИЭ формируется век-
тор откликов модели. Количественными
характеристиками сортировочной станции
являются: число отправленных вагонов
(составов) в сутки; число принятых ваго-
нов (составов) в сутки; вагонооборот;
среднечасовой рабочий парк вагонов. Ка-
чество переработки транзитного вагонопо-
тока определяется следующими характе-
ристиками: время/стоимость формирова-
ния состава для различных выходов; ваго-
но-часы простоя по выделенным техноло-
гическим цепочкам; средний простой ва-
гона по выделенным технологическим це-
почкам; параметр накопления для станции,
отражающий вагоно-часы накопления,
приходящиеся на один вагон состава; па-
раметр накопления для каждого пула сор-
тировочного парка; коэффициенты загруз-
ки путевых ресурсов; коэффициенты за-
грузки маневровых локомотивов; коэффи-
циенты загрузки бригад исполнителей.
3. Динамика управления
имитационной моделью
сортировочной станции
При имитационном моделировании
сортировочной станции используется
транзактно-процессный способ организа-
ции квазипараллелизма [8]. ССТ имити-
руют поезда (вагоны), поступающие на
сортировочную станцию. Процессы отра-
жают выполнение ТХО, которое становит-
ся возможным после выделения системой
распределения ресурсов всех необходимых
ресурсов. Подпрограмма генерации транз-
актов создает ССТ и передает его для об-
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
86
служивания первой ТХО. Последователь-
ность ТХО при обслуживании ССТ опре-
деляется в соответствии с сетевым графи-
ком, в котором присутствуют элементы
вероятностного и условного планирования.
В ходе моделирования составляется и об-
новляется список заявок на обслуживание
ССТ процессами. Основным свойством
заявок является время их активации, в со-
ответствии с которым список упорядочен,
а процессы синхронизированы. В ходе об-
служивания заявок фиксируются локаль-
ные и интегральные статистические дан-
ные l-ой реализации ИЭ.
Управление ИМ технологического
процесса переработки транзитного вагоно-
потока основано на анализе информации,
поступающей в ходе моделирования по
истечению заданных интервалов времени
( ìt∆ ). При этом реализуется как автомати-
ческое управление, так и генерация управ-
ляющих воздействий с привлечением
опыта ЛПР и формализованных процедур
подсистемы OPTIM.
Автоматическое управление реали-
зуется управляющей программой модели-
рования в процессе l-ой реализации ИЭ.
Для его организации используется система
индикаторов, отражающая длину очереди
к ресурсам коллективного пользования
{ irdl _ }. До начала моделирования ЛПР
устанавливает для каждого из ресурсов
максимальную длину очереди и задаёт ве-
личину имеющегося запаса ресурса. Через
установленный интервал времени ìt∆
проверяется выполнение неравенств
ii rdlmrdl ___ > , истинность которого
означает превышение допустимого значе-
ния очереди к i-у ресурсу. При этом значе-
ние ресурса увеличивается на одну услов-
ную единицу и моделирование продолжа-
ется. По результатам прогонов для каждо-
го вида ресурсов фиксируются: частота
обращения к ресурсу; время занятости ре-
сурса; время использования ресурса каж-
дой ТХО; средняя длина очереди к ресур-
су. На основании выборок статистических
данных ИЭ, сформированных в BDM, вы-
числяются отклики моделирования. Авто-
матическое управление позволяет свое-
временно откорректировать ситуацию и
сделать выводы о необходимом объёме
ресурсов каждого вида. При этом в BDM
фиксируются моменты, когда снижается
эффективность технологической линии
переработки вагонопотока из-за отсутст-
вия необходимых ресурсов, и происходит
добавление единиц ресурса.
В том случае, когда требуется вы-
брать состав технологических цепочек,
реализующих функции сортировочной
станции, предлагается воспользоваться
внесением управляющих воздействий от
ЛПР, который через систему OPTIM, ана-
лизирует результаты ИЭ и решает вопрос о
возможном переходе на технологическое
резервирование на отдельных участках пе-
реработки транзитного вагонопотока. При
этом контролируются характеристики реа-
лизации функций процесса обслуживания
кортежей, которые фиксируются в соот-
ветствии с выбранным шагом моделирова-
ния в ходе проведения ИЭ. К ним отно-
сятся: время нахождения кортежа в сис-
теме; время нахождения кортежа в парке
прибытия; время нахождения кортежа в
парке прибытия под обработкой; время
расформирования состава; время ожида-
ния накопления транзактов на состав в
сортировочном парке; время нахождения
кортежа в парке отправления; время на-
хождения кортежа в парке отправления
под обработкой. В том случае, если на ка-
ком-либо участке время обслуживания
кортежа превышает допустимое для этого
участка значение, генерируется сообще-
ние, которое вместе с результатами моде-
лирования поступает в систему OPTIM, а
затем предлагается ЛПР с целью выбора
управляющего воздействия на процесс мо-
делирования сортировочной станции. При
этом ЛПР может продолжить ИЭ без из-
менения состава ТХО либо выбрать один
из альтернативных вариантов с заменой
неэффективной технологической цепочки.
В результате, для повышения про-
пускной способности технологической ли-
нии переработки транспортного вагонопо-
тока предлагается воспользоваться эври-
стическими правилами, основанными на
опыте ЛПР. Такие правила могут быть ус-
тановлены на этапе настройки ИМ и зане-
сены в подсистему OPTIM. Они позволяют
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
87
в сетевом графике работ перейти от детер-
минированных переходов к переходам с
условием. При этом организуется приори-
тетный выбор ССТ на их обслуживание
ТХО. Признаком, обеспечивающим высо-
кий приоритет, может выступать наличие
ресурсов для обслуживания ССТ техно-
логическими операциями, а также нали-
чие в составе ССТ завершающего корте-
жа, быстрое обслуживание которого при-
ведёт к добавлению его в соответствую-
щий пул и завершению формирования
нового ССТ (состава).
Комплексное использование раз-
личных видов динамического управления
имитационного моделирования при экс-
плуатации стенда сортировочной станции
позволяет исследовать будущее развитие
технологического процесса переработки
транзитного вагонопотока и, в случае не-
обходимости, оперативно воздействовать
на сам процесс с целью предупреждения
конфликтных ситуаций при распределе-
нии ресурсов сортировочной станции или
же при выявлении неэффективности тех-
нологических цепочек в обслуживании
вагонопотока.
4. Технология эксплуатации
стенда имитационного
моделирования сортировочной
станции железнодорожной сети
Технология контроля процесса пе-
реработки транзитного вагонопотока с по-
мощью имитационного моделирования и
своевременное принятие решений в соот-
ветствии с результатами моделирования
реализуется путём непрерывного взаимо-
действия параметризованной ИМ иссле-
дуемой сортировочной станции, вспомо-
гательных подсистем стенда и ЛПР. По-
следняя является инженер-технолог, обес-
печивающий бесперебойное функциони-
рование сортировочной станции. Выбор
обоснованного решения в процессе экс-
плуатации стенда имитационного модели-
рования сортировочной станции предпола-
гает выполнение ряда последовательных
шагов.
Шаг 1. Занесение в базу данных
моделирования исходной информации о
структуре технологического процесса пе-
реработки вагонопотока и составе ТХО,
которое реализуется путём заполнения
таблицы смежности ТХО, определяющей
связи между ТХО для исследуемой стан-
ции, определением вероятностных и ус-
ловных переходов между ТХО. Выделение
технологических цепочек, имеющих аль-
тернативный вариант обслуживания ваго-
нопотока и позволяющих организовать
технологическое резервирование. Задание
функций распределения времени выполне-
ния каждой ТХО при обслуживании ССТ.
Шаг 2. Занесение в базу данных
моделирования данных о структуре и со-
ставе входящего транзитного потока, оп-
ределяющего нагрузку сортировочной
станции. В качестве исходной статистиче-
ской информации об интервалах между
прибытиями поездов и структуре составов
используются сообщения 02 автоматизи-
рованной системы управления железнодо-
рожным транспортом «телеграмма – на-
турный лист грузового поезда» (ТГНЛ) [9].
В соответствии с эмпирическими данными
устанавливаются функции распределения
времени поступления составов (ССТ) на
переработку.
Для груженых вагонов в ТГНЛ ука-
зывается код станции назначения, кото-
рый является кодом единой сетевой раз-
метки, заключающейся в шифровке стан-
ций назначения железной дороги цифро-
выми кодами. Код станции назначения
определяет путь сортировочной станции,
на который будет направлен вагон при
формировании нового состава.
Шаг 3. Задание состава и объёма
ресурсов исследуемой станции и возмож-
ных значений запаса ресурсов сортировоч-
ной станции в таблицах моделирования
базы данных. При этом определяется схе-
ма использования различных видов ресур-
сов (путевых, маневровых и бригад испол-
нителей) множеством ТХО. Путевые ре-
сурсы определяются структурной схемой
станции и включают пути сортировочного
парка, которые выделены в самостоятель-
ную логическою структуру и пути станции
(парков прибытия, формирования и от-
правления). При определении парка локо-
мотивов учитывается, что они разделяются
на поездные и маневровые. Поездные ло-
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
88
комотивы поступают на станцию с соста-
вом поезда и отправляются со станции с
другими составами. Как ресурс они тре-
буются только для отправления сформиро-
ванного поезда. Маневровые локомотивы
предназначены для выполнения ТХО, свя-
занных с перемещением вагонов по стан-
ции, расформированием и формированием
составов. Бригады исполнителей включа-
ют: бригады проведения технического ос-
мотра; бригады проведения коммерческо-
го осмотра; бригады станционно-
технологического центра.
Шаг 4. Выбор весовых коэффици-
ентов важностей откликов моделирования
iδ ( ,10 ≤≤ iδ ∑
=
=
K
i
i
1
1δ , где K – количество
исследуемых характеристик) с учётом
планируемых стратегий управления ЛПР.
Шаг 5. Составление плана проведе-
ния ИЭ согласно методикам последова-
тельного эксперимента на основе исполь-
зования процедуры Монте-Карло [8],
обеспечивающего получение статистиче-
ских данных имитационного моделирова-
ния с заданным уровнем точности. Ис-
пользуется подсистема OPTIM.
Шаг 6. Проведение серий ИЭ с
IM_JST, в ходе которых формируются вы-
борки для каждой составляющей вектора
статистических данных моделирования.
Полученные значения статистической ин-
формации заносятся в базу данных моде-
лирования.
Шаг 7. Обработка статистических
данных моделирования, хранящихся в
BDM, с целью получения откликов моде-
лирования. При этом вычисляются сред-
ние значения, дисперсии и коэффициенты
точности всех откликов, которые были по-
лучены усреднением согласно процедуре
Монте-Карло по всем реализациям ИЭ. Ре-
зультаты обработки сохраняются в BDM и
используются подсистемой OPTIM при
выработке управляющего воздействия.
Шаг 8. Визуализация выходных
данных моделирования с использованием
возможностей подсистемы VIZ. ЛПР име-
ет в своём распоряжении графики и диа-
граммы, отображающие изменение иссле-
дуемых характеристик для каждой l-ой
реализации ИЭ. По завершению N прого-
нов ИЭ формируются усреднённые графи-
ки и диаграммы характеристик технологи-
ческого процесса переработки транзитного
вагонопотока.
Шаг 9. Приведение откликов к од-
ному масштабу и типу с последующим
вычислением обобщённого скалярного от-
клика hW . С использованием процедур
подсистемы OPTIM реализуется форми-
рование матрицы решений hgW , в кото-
рой каждый элемент представляет собой
значение обобщённого показателя качест-
ва процесса переработки транзитного ва-
гонопотока, вычисленного для h-го вари-
анта параметров ИМ и g-го сочетания па-
раметров внешней среды.
Шаг 10. Использование ЛПР одно-
го из классических критериев принятия
решений подсистемы OPTIM для выбора
рационального варианта организации тех-
нологического процесса переработки тран-
зитного вагонопотока.
Описанная пошаговая технология
использования стенда имитационного мо-
делирования сортировочной станции ите-
ративна, предполагает использование про-
фессиональных знаний ЛПР и позволяет
сравнить варианты организации техноло-
гического процесса переработки транзит-
ного вагонопотока с учётом решения ти-
повых задач проектного моделирования и
эксплуатации сортировочной станции.
Заключение
Обоснование, приведенных науч-
ных результатов состоит в том, что иссле-
дование функционирования основной тех-
нологической линии сортировочной стан-
ции аналитическими методами не пред-
ставляется возможным из-за множества
случайных факторов, влияющих на про-
цесс обслуживания транзитных вагонопо-
токов, а имитационные методы либо уста-
рели, либо не позволяют описать объект на
высоком уровне детализации. Поэтому ис-
пользование программного стенда имита-
ционного моделирования, автоматизи-
рующего этап принятия решения и дина-
мически отображающего результаты мо-
делирования, позволит в наибольшей сте-
пени приблизиться к описанию реального
Моделі та засоби паралельних і розподілених програм
89
объекта исследования и исследовать
множество альтернативных вариантов его
организации.
Представление информации по
данным ИЭ в удобном для анализа виде,
визуальное отображение результатов мо-
делирования для множества вариантов ор-
ганизации процесса переработки вагоно-
потока, представленных сочетанием зна-
чений входных параметров плана ИЭ, воз-
можность оперативного управления ходом
моделирования, высокая степень автома-
тизации всех этапов исследования обеспе-
чивает перспективу применения стенда
для решения ряда практических задач.
Использование стенда позволит оператив-
но изменить состав, количество ресурсов
при изменении структуры и величины
транзитного вагонопотока; определить
наиболее эффективный вариант организа-
ции технологического процесса перера-
ботки транзитного вагонопотока; обосно-
вать выбор решений при управлении тех-
нологическим процессом, позволяющих
избежать сбоев в обслуживании, приводя-
щих к простою вагонов и локомотивов;
оценить затраты на реконструкцию техно-
логической линии обслуживания транзит-
ных потоков.
Развитие стенда имитационного
моделирования предполагается в направ-
лении его адаптации для эксплуатации в
научно-исследовательских секторах стан-
ций железнодорожной сети, а также путём
его использования с целью получения ха-
рактеристик сортировочных станций (вре-
мени и стоимости обслуживания транс-
портного потока), необходимых для моде-
лирования железнодорожной сети в целом.
1. Курганов С.Ю. Формализация структу-
ры и технологических процессов сор-
тировочных станций для построения
имитационной модели её работы // В
кн.: Проблемы развития железнодо-
рожных станций и узлов. – Гомель:
БелИИЖТ, 1982. – С. 75 – 81.
2. Миркин А.Г. Оперативный расчёт экс-
плуатационных показателей сортиро-
вочной станции // В кн.: Совершенство-
вание эксплуатационных и экономиче-
ских показателей железнодорожного
транспорта. – М.: Транспорт, 1985. –
С. 8 – 15.
3. Лещинский Е. Имитационное модели-
рование на железнодорожном транс-
порте: Пер. с польск. – M.: Транспорт,
1977. – 176 с.
4. Максимей И.В., Смородин В.С.,
Сукач Е.И., Соболь И.В. Система авто-
матизации моделирования вероятност-
ных технологических процессов, реа-
лизующая агрегатный способ имита-
ции // Проблемы программирования.–
2005. – № 1.– С. 79 – 87.
5. Максимей И.В., Сукач Е.И., Ерофеева
Е.А., Гируц П.В. Автоматизация этапов
разработки и эксплуатации имитаци-
онных моделей транспортных систем
// Проблемы программирования.–2008.
– № 4 .– C. 104 – 111.
6. Максимей И.В., Сукач Е.И., Ерофеева
Е.А., Гируц П.В. Имитационное моде-
лирование вероятностных характери-
стик функционирования железнодо-
рожной сети // Математические маши-
ны и системы. – 2008 . – № 4. – C. 147 –
153.
7. Задачи и модели исследования опера-
ций. Ч. 1. Аналитические модели ис-
следования операций: Уч. пособие /
И.В. Максимей, С.И. Жогаль, под общ.
ред. И.В. Максимея. – Гомель: БелГУТ,
1999. – 109 с.
8. Максимей И.В. Имитационное модели-
рование на ЭВМ. – М.: Радио и связь,
1983. – 230 с.
9. Информационные технологии на
железнодорожном транспорте / Под
ред. Э.К. Лецкого, Э.С. Поддавашкина,
В.В. Яковлева. – М.: УМК МПС
России, 2001. – 668 с.
Получено 17.03.09
Об авторе:
Сукач Елена Ивановна,
кандидат технических наук, доцент
кафедры математических проблем управ-
ления.
Место работы автора:
Гомельский государственный университет
имени Ф. Скорины.
246019, Гомель, ул. Советская, 104.
Тел.: 8 10 375 232 60 42 37.
e-mail: eisukach@gsu.by
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4601 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1727-4907 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:06:41Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут програмних систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сукач, Е.И. 2009-12-08T12:07:12Z 2009-12-08T12:07:12Z 2009 Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети / Е.И. Сукач // Пробл. програмув. — 2009. — № 3. — С. 81-89. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1727-4907 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4601 681.3 Рассматривается стенд имитационного моделирования наиболее проблемной технологической линии переработки транзитного вагонопотока, обеспечивающий принятие решений, улучшающих эксплуатационные показатели сортировочной станции. Излагается динамика взаимодействия имитационной модели сортировочной станции и системы принятия решений при непосредственном участии лица принимающего решения. Розглядається стенд імітаційного моделювання найбільш проблемної технологічної лінії переробки транзитного вагонопотоку, що забезпечує прийняття рішень, що поліпшують експлуатаційні показники сортувальної станції. Викладається динаміка взаємодіяння імітаційної моделі сортувальної станції і системи прийняття рішень при особистій участі особи, що приймає рішення. The stand of simulation of the most problematic technological line of processing of the transit traffic volume, providing the decision-making, improvement of the operational indicators of a shunting depot is considered. The dynamics of the interaction of simulation model of a shunting depot and the decision-making system is stated with the direct participation of the person responsible for decision-making. ru Інститут програмних систем НАН України Прикладне програмне забезпечення Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети Стенд імітаційного моделювання сортувальної станції залізничною мережі The stand of simulation of the shunting depot of the railway system Article published earlier |
| spellingShingle | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети Сукач, Е.И. Прикладне програмне забезпечення |
| title | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети |
| title_alt | Стенд імітаційного моделювання сортувальної станції залізничною мережі The stand of simulation of the shunting depot of the railway system |
| title_full | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети |
| title_fullStr | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети |
| title_full_unstemmed | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети |
| title_short | Стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети |
| title_sort | стенд имитационного моделирования сортировочной станции железнодорожной сети |
| topic | Прикладне програмне забезпечення |
| topic_facet | Прикладне програмне забезпечення |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4601 |
| work_keys_str_mv | AT sukačei stendimitacionnogomodelirovaniâsortirovočnoistanciiželeznodorožnoiseti AT sukačei stendímítacíinogomodelûvannâsortuvalʹnoístancíízalízničnoûmereží AT sukačei thestandofsimulationoftheshuntingdepotoftherailwaysystem |