Организация железнодорожных перевозок на основе информационных технологий
На правах рукописи
Шапкин Игорь Николаевич
ОРГАНИЗАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗОК
НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва – 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ) на кафедре «Управление эксплуатационной работой»
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор
Батурин Александр Павлович (МИИТ)
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Осьминин Александр Трофимович (ПГУПС)
Заслуженный деятель науки и техники РФ,
доктор экономических наук, профессор
Персианов Владимир Александрович (ГУУ)
доктор технических наук, с.н.с.
Шмулевич Михаил Израилевич (ПромтрансНИИпроект)
Ведущая организация – Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ»).
Защита диссертации состоится _______________ на заседании Диссертационного Совета Д218.005.07 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9 в ауд. 1504.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан _________________ 2009г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу МИИТа.
Ученый секретарь Диссертационного
совета, доктор технических наук, профессор Шелухин В.И.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы и цель исследования. На сети Российских железных дорог проводятся комплексные меры по оптимизации эксплуатационной работы, информатизации технологических процессов. Очевидна необходимость наращивания компьютерной поддержки - прежде всего при организации перевозочного процесса, развития и внедрения современных информационных технологий. Формирование рыночной экономики предопределило ряд нововведений на железнодорожном транспорте, к которым относятся: реализация системы фирменного транспортного обслуживания клиентуры (СФТО); создание мощной вычислительной сети с развитыми телекоммуникациями, с наличием необходимого числа терминалов на базе ПЭВМ. Внедрение систем автоматической идентификации подвижного состава (САИПС, системы на базе ГЛОНАСС/GPS) позволяет рассматривать проблему организации перевозочного процесса на основе твёрдого графика движения поездов. Достижение необходимого совмещения работы по твёрдому графику с полновесностью (полносоставностью) отправляемых по ниткам этого графика составов грузовых поездов основывается на методах и нормативной базе, обеспечивающих:
- детализированный до грузовой отправки и конкретного вагона, достоверный план-прогноз погрузки и отправления грузов на период, превышающий время оборота вагона;
- гарантированное выполнение принятых заявок и требований грузовладельцев к качеству перевозок (в первую очередь – по срокам доставки) с учётом специфики транспортировки различных грузов;
- оперативное распределение порожних вагонов с учётом их типов и категории годности, обеспечение заявляемой погрузки погрузочными ресурсами;
- сокращение издержек за счет решения задачи привязки заявленной погрузки перемещаемых гружёных вагонов, а также порожних вагонов, направляемых под погрузку, к поездам на нитки твёрдого графика – на всём пути следования каждого вагона с учётом переработки на сортировочных станциях по заданному плану формирования;
- корректировку в необходимых случаях заявок грузоотправителей в целях реализации требований графика движения, но без ущерба для отправителей и получателей по срокам доставки грузов.
Разрабатываемые решения основываются на качественно новом уровне информатизации отрасли, на развитии телекоммуникационных систем и систем идентификации подвижного состава, ориентированных на новые возможности динамических моделей перевозочного процесса, систем ДИСПАРК, ДИСКОН, ЭТРАН, ГИД-Урал и других.
Вышеперечисленные решения положены в основу разработанной в настоящей диссертации комплексной системы организации железнодорожных перевозок на основе информационных технологий.
Теоретической основой исследования послужили труды докторов технических наук: А.А. Аветикяна, В.М. Акулиничева, В.И. Апатцева, А.П. Батурина, К.А. Бернгарда, А.Ф. Бородина, В.И. Бодюла, В.А. Буянова, И.И. Васильева, Н.А. Воробьева, П.С. Грунтова, С.В. Дуваляна, Ю.В. Дьякова, В.А. Ивницкого, Н.Д. Иловайского, А.Д. Каретникова, В.А. Кобзева, В.И. Ковалева, П.А. Козлова, В.Е. Козлова, Ф.П. Кочнева, В.А. Кудрявцева, А.П. Кузнецова, А.М. Макарочкина, В.И. Некрашевича, А.Т. Осьминина, Ю.О. Пазойского, А.П. Петрова, Н.В. Правдина, С.М. Резера, Е.А. Сотникова, И.Б. Сотникова, Е.М. Тишкина, Л.П. Тулупова, А.К. Угрюмова, Н.С. Ускова, В.А. Шарова, М.И. Шмулевича, В.Г. Шубко;
докторов экономических наук: А.П. Абрамова, В.А. Персианова, М.Е. Мандрикова, Н.П. Терёшиной, М.Ф. Трихункова, Н.С. Ускова;
кандидатов технических наук: В.В. Белова, В.С. Волкова, Ф.С. Гоманкова, С.С. Жаброва, В.И. Зверева, Н.В. Кондрахиной, А.Н. Корешкова, В.М. Макарова, М.Х. Расулова, Н.А. Самариной, А.А. Тимошина, Л.В. Феоктистова, А.Д. Чернюгова, А.И. Щелокова и многих других исследователей.
Цель исследования – разработка и внедрение системы организации железнодорожных перевозок на основе информационных технологий с учётом адаптации железнодорожного транспорта к условиям рыночной экономики, обеспечивающей устойчивое положение железных дорог на рынке транспортных услуг за счет ускорения доставки грузов и повышения надёжности договорных обязательств, а также снижения эксплуатационных расходов в связи с организацией железнодорожных перевозок на базе «твёрдых ниток» графика движения поездов. Под термином «организация железнодорожных перевозок» в данном исследовании понимается технология поездной работы на основе «твёрдых ниток» графика с учётом полновесности (полносоставности) грузовых поездов.
Для реализации поставленной цели разработаны:
- обоснованы научные принципы формирования технологии перевозочного процесса на основе твердого (стабильного) графика движения поездов;
- разработана математическая модель для обоснования алгоритмов решения оптимизационной задачи оперативного распределения порожних вагонов на сети железных дорог, включая опорные станции и железнодорожные направления, адаптированные к использованию этих знаний в условиях внедрения «твердых ниток» графика;
- разработана математическая модель, а также методика и алгоритм расчета твердых ниток и привязки погруженных отправок к ниткам графика;
- разработаны методы и алгоритм оперативного управления погрузкой в режиме реального времени с целью обеспечения максимума показателей полносоставности и полновесности грузовых поездов, отправляемых по твердым ниткам графика;
- разработаны научные основы технологии местной работы в условиях создания ЦУМР, что обеспечивает сокращение простоев вагонов в пунктах погрузки и в целом снижение оборота вагона;
- разработана математическая модель и алгоритм расчета прикрепления отправок к «твердым ниткам» графика, обеспечивающий максимизацию числа местных поездов, отправляемых по «твердым ниткам» графика;
- разработана методика оценки технико-экономической эффективности процесса перевозок на основе «твердых ниток» графика в условиях функционирования ДЦУП, а также методика расчета стоимости «твердой нитки» графика;
- разработан комплекс нормативно-методических и технологических документов, обеспечивающих реализацию результатов исследований по научному обоснованию организации железнодорожных перевозок на основе информационных технологий и автоматизированного решения ряда технологических задач.
Методика исследования основана на:
- изучении закономерностей и динамических взаимосвязей в системе организации железнодорожных перевозок;
- разработке концепции новой системы управления железнодорожными перевозками с использованием информационных технологий при гарантированном автоматическом контроле дислокации подвижного состава;
- развитии методов технико-экономического обоснования организации перевозок на основе формирования «твёрдых ниток» графика с целью её реализации при внедрении современных методов управления;
- проверке результатов исследования путем их сопоставления с данными, полученными в эксплуатационных условиях.
В работе использованы методы теории графов, линейного программирования, исследования операций, теории вероятности, математической статистики, имитационного моделирования, динамической оптимизации.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней решены следующие проблемы:
- сформирован единый методический подход к решению задач выбора организации железнодорожных перевозок на основе информационных технологий, направленных на обеспечение своевременной доставки грузов при минимальных эксплуатационных расходах;
- разработаны основы построения и алгоритмы функционирования технологии перевозочного процесса на основе внедрения твёрдого графика движения поездов в условиях современных методов управления;
- с помощью разработанной экономико-математической модели предложено теоретическое обоснование решений по формированию «твердых ниток» графика, внедрению логистических методов организации и продвижения транспортных потоков, рациональных сочетаний вариантных технологических решений;
- разработана методика и математическая модель привязки порожних вагонов к заявкам и ниткам твердого графика;
- разработана методика обеспечения полновесности и полносоставности грузовых поездов, отправляющихся по «твёрдым ниткам» графика;
- разработаны методика технико-экономической оценки внедрения твёрдого графика движения поездов в условиях функционирования ДЦУП, обеспечивающего улучшение качества перевозочного процесса,
снижение эксплуатационных расходов, повышение конкурентоспособности на рынке транспортных услуг.
Практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведённых исследований даны практические предложения по созданию и апробации комплексных решений организации перевозок в условиях глобальной реализации информационных технологий, организации перевозок на основе «твёрдых ниток» графика движения поездов. Применение полученных результатов создаёт возможность снижения эксплуатационных расходов железных дорог, связанных с продвижением поездов по участкам, подводом порожних вагонов в пункты погрузки, возможности снижения штрафных выплат за несвоевременную доставку грузов, за неподачу порожних вагонов и несохранные перевозки, улучшает качественные показатели эксплуатационной работы.
Реализация работы. Результаты исследования использованы: в разработке и внедрении мероприятий по совершенствованию поездной работы на полигонах Московской, Октябрьской, Горьковской, Северо-Кавказской, Приволжской, Северной, Западно-Сибирской, Красноярской, Свердловской железных дорогах; в учебном процессе МГУПС (МИИТа) и РАПС. Научные результаты диссертационной работы использованы в следующих документах: техническое задание на создание единого автоматизированного дорожного центра управления перевозками Московской железной дороги; Положение о диспетчерском управлении движением поездов (утверждено ОАО «РЖД» 14.09.2005 г).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждались и были одобрены на:
- второй сетевой научно-практической конференции «Современные проблемы экономики и управления на железнодорожном транспорте» (Москва 2000г.),
- научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Москва 2000г.),
- Международной Научно-технической конференции «Проблемы безопасности на транспорте» (БелГУТ Гомель 2000г.);
- Международной Научно-технической конференции «Современные проблемы управления перевозочным процессом. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных ислледований» (Москва, МИИТ, ноябрь 2006г.);
- VIII научно-технической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, 2007);
- заседаниях кафедры «Управление эксплуатационной работой» МИИТа.
Результаты работы были представлены на научных конференциях РАН по проблемам транспорта (1993, 2001), на Транспортной секции Центрального дома учёных (2007г) и опубликованы в материалах указанных конференций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 80 печатных работ, включая четыре монографии, в том числе 15 работ в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и пяти приложений. Общий объём диссертации 329 страниц машинописного текста (без таблиц, рисунков, библиографии и приложений). Кроме того, диссертация содержит 26 рисунков и 27 таблиц, а также 5 приложений. Список литературы содержит 168 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении показана актуальность проблемы, определены цель диссертационной работы, основные разработки для её реализации и методика исследований.
В Главе 1 дан анализ современного состояния проблемы управления перевозочным процессом на железных дорогах. В арсенале теории и практики организации железнодорожных перевозок присутствуют эффективные методы управления поездной работой на основе повышения роли графика движения поездов как технологической основы перевозочного процесса, обеспечивающей повышение качества транспортного обслуживания за счет ввода в обращение технологических маршрутов, грузовых экспрессов, контейнерных, контрейлерных и других ускоренных грузовых поездов. При реализуемой средней дальности грузовых перевозок, приближающейся к 1300 км, для всех участковых и сквозных назначений поездов условия их полновесности (полносоставности) обязательны. Адаптация графика движения поездов к колебаниям объёмов предъявляемых к перевозкам грузов приводит к необходимости предусматривать в нем резерв расписаний (ниток). На многих участках и направлениях практическая наполняемость ниток составами поездов не превышает 50%. В результате этого растет время простоев локомотивов в пунктах оборота и в основных депо, снижается реальная их производительность, становится неопределённым график использования локомотивных бригад.
Ситуация с показателями использования подвижного состава, с качеством организации и экономики перевозок, удовлетворением запросов клиентуры может существенно улучшиться, если совместить два условия – твёрдый, без резервных ниток, график движения и полновесность (полносоставность) поездов, перемещаемых по этому графику.
Развитие рыночной экономики в России предопределило ряд нововведений последних лет – прежде всего, формирование системы фирменного транспортного обслуживания клиентуры (СФТО), создание на железных дорогах России мощной вычислительной сети с развитыми телекоммуникациями, с наличием необходимого числа терминалов на базе ПЭВМ и, наконец, внедрение системы идентификации подвижного состава. Это позволяет рассматривать проблему стабильного графика движения поездов с качественно новых позиций.
На железных дорогах развитых зарубежных стран активно развиваются центры автоматизированного управления перевозками, технологии которых составляют логистические методы управления на базе твёрдого графика движения и гибких норм веса и длины поездов. При этом в борьбе за клиентов железные дороги стремятся полностью удовлетворить их требования по срокам доставки грузов, созданию информационного сервиса за счет развития методов обеспечения высокой надёжности графика движения поездов, который является основой технологии перевозочного процесса и определяет схему перехода груза по цепочке поездов при его доставке от пункта отправления до пункта назначения.
Решение задач в диссертации обосновывается с позиций системного анализа и экономико-математического моделирования работы железнодорожного транспорта на основе рациональной организации железнодорожных перевозок, обеспечивающей высокий уровень качества перевозочного процесса. Структура исследования и решения задачи приведена на рис. 1.
Постановка задачи организации железнодорожных перевозок на основе информационных технологий и внедрения «твёрдых ниток» графика движения поездов разбита на следующие шесть подзадач, комплексное решение которых способно обеспечить достижение поставленной цели.
Рис. 1. Структура исследования и решения задачи
- Используемая входная текущая информация
Выбор конкретного решения определяется количественным расчётом, использованием данных о параметрах систем управления базами данных, равномерностью массивов данных при возможных вариантах агрегирования, обменами данных между уровнями запоминающих устройств компьютеров, между уровнями вычислительной сети (ГВЦ – ИВЦ – АРМ пользователей).
Задача слежения за дислокацией подвижного состава возложена на системы ДИСПАРК и САИПС, которые призваны обеспечить слежение за продвижением конкретных поездов, отражение причин задержек и т.п. Естественно, должна отслеживаться возможность формирования ответа по совокупности признаков, обеспечивающих потребности пользователей системы. САИПС создает реальные условия для организации такого взаимодействия.
- Основные нормативно-справочные данные
Обеспечиваемое средствами САИПС достоверное слежение за ходом перевозочного процесса по всей сети железных дорог позволяет по-новому подойти к решению задачи плана формирования грузовых поездов, разработке графика движения с переходом в организации перевозок на работу по твердому графику. Сегодня план формирования, график движения поездов имеют вероятностную основу. По отчетным данным за прошлый период определяются ожидаемые средние корреспонденции и объёмы перевозок, применительно к которым и разрабатываются технологические документы. Реальные неравномерности перевозок вынуждают закладывать в график большое число дополнительных резервных ниток, а по условиям обязательной полновесности (полносоставности) заполняются поездами далеко не все проложенные на график нитки. В результате по техническим станциям увязка ниток графика не обеспечивается, а график, по сути, является лишь поучастковым.
Автоматизированные системы управления, их технические возможности позволяют наряду с достоверной и детализированной отчетностью пользоваться данными о текущем ходе перевозок, собирать и рационально использовать в целях улучшения качества работы железнодорожного транспорта детализированную информацию о намерениях и планах грузоотправителей.
В условиях новой технологии взаимодействия предприятий железнодорожного транспорта и клиентуры существенно изменятся решения по расчёту плана формирования грузовых поездов за счёт подвода погруженных вагонов на станцию формирования с учетом предусмотренного времени их отправления по «твёрдым ниткам» графика.
Все это ориентирует на следующую схему совместной разработки плана формирования и графика движения поездов:
- на период действия разрабатываемого графика формируются расчетные косые таблицы (матрицы) ожидаемых корреспонденций грузов и гружёных вагонов между станциями формирования поездов;
- с учётом необходимого для обеспечения перевозок распределения порожних вагонов определяются общие вагонопотоки между сортировочными станциями;
- определяется количество ниток графика, необходимое для обеспечения образующихся корреспонденций вагонов между парами взаимодействующих технических (сортировочных) станций;
- на график при его разработке между корреспондирующими станциями наносится рассчитанное количество «твёрдых ниток»;
- грузы и вагоны к отправке организуются с таким расчетом, чтобы перевозки осуществлялись преимущественно в прямых поездах, без переработок и переформирования в пути следования.
- Информация для пользователей
По запросу информация о том, с каким поездом и когда вагон прибывает на станцию, с каким поездом и когда вагон продолжает дальнейшее следование, должна быть доступна получателю и отправителю груза, а система САИПС обеспечит отслеживание в реальном времени этих процессов.
- Параметры эффективности
Предлагаемая технология может быть описана следующим вектором:
Mтв={Nтв,Tх,Клок,Кбр,Кпер,Vуч,tтрпер, Vдост, Tдост, Qбр, Lп}, (1)
где Nтв - число «твёрдых ниток» графика;
Tх – время хода между техническими станциями;
Клок – потребное количество поездных локомотивов;
Кбр – потребное количество локомотивных бригад;
Кпер – число переработок вагона на технических станциях за время оборота;
Vуч – участковая скорость грузовых поездов;
tтрпер – средний простой вагона с переработкой на технической станции;
Vдост - скорость доставки грузов;
Tдост – срок доставки груза;
Qбр – вес брутто грузового поезда;
Lп – длина грузового поезда.
В итоге ставится задача выбора рациональных параметров технологии, обеспечивающих выполнение заданных объемов перевозок с нормативным уровнем качества и минимальными эксплуатационными расходами за заданный период планирования.
- Ограничения
Условия работы железнодорожного направления в некоем промежутке времени характеризуются множеством показателей, отражающих применяемые в перевозочном процессе технологии:
Si=(Tх, Vуч, tтрпер, Vдост, Tдост, Qбр, Lп). (2)
Множество данных показателей должно определяться заново на каждом этапе подекадного планирования.
Качество перевозочного процесса оценивается множеством показателей 
, зависящих от технического оснащения участка и от значений 
, так что
. (3)
При этом уровень качества должен быть не ниже нормативного:
(4)
где 
- нормативный уровень i-го показателя качества.
- Управляющие воздействия
Для новой системы управления перевозочным процессом особо важна возможность своевременного обеспечения наполняемости графика за счёт использования приемов оперативного взаимодействия с клиентурой железнодорожного транспорта, корректируя в реальном времени погрузку с таким расчетом, чтобы предусмотренные графиком поезда были полновесными (полносоставными). А это возможно только при гарантированной полноте и достоверности моделей состояния перевозочного процесса, обеспечиваемых САИПС, и в условиях, когда управление железнодорожным транспортом осуществляется с использованием высокопроизводительной вычислительной сети. Грузовые поезда формируются из вагонов с грузами многих клиентов, с включением в их состав порожних вагонов. Корректировки погрузки по условиям обеспечения полносоставности поездов, естественно, должны проводиться по согласованию с клиентурой и с таким расчётом, чтобы отклонения от первоначальных намерений грузоотправителей в сумме были минимальными. Прогнозируемый рост отправительской и технической маршрутизации грузовых перевозок дополнительно усиливает позиции системы твёрдого графика движения поездов, ибо в условиях автоматизированного управления стабильность решений отправительской маршрутизации улучшается.
На основе предложенных информационных технологий, основанных на принципах моделирования перевозочного процесса, и внедрения «твёрдых ниток» графика движения поездов определены сферы экономической эффективности управления перевозочным процессом за счёт улучшения качественных показателей железных дорог, снижения себестоимости перевозок и тарифов, перехода железнодорожного транспорта к полной финансовой самостоятельности и инвестиционной независимости.
В Главе 2 проанализированы возможные варианты технологии поездной работы на железных дорогах в условиях неравномерности объёмов перевозок.
Проблемы неравномерности в эксплуатационной работе железных дорог детально исследованы в работах А.К. Угрюмова, Ю.В. Дьякова, Д.Ю. Левина, В.А. Кудрявцева, В.И. Некрашевича, А.Ф. Бородина и В.И. Бодюла. Результаты, полученные этими учеными, использовались автором в диссертации при построении новой технологии перевозочного процесса.
Существующее противоречие между детерминированной природой графика и объективно существующей неравномерностью потоков вагонов и поездов предлагается преодолеть за счет внедрения совмещённого вариантного графика движения (СВГД). Такой график предусматривает вариантное число расписаний для учёта колебаний поездопотоков в процессе прокладки линий хода поездов, при котором выделяются категории расписаний, соответствующие разным размерам грузового движения. Кроме того, СВГД предусматривает также вариантную (групповую) специализацию расписаний, при которой группа расписаний закрепляется за группой назначения плана формирования поездов, отправительских и ступенчатых маршрутов.
Разработка твёрдого графика исходит из того, что после практической отработки его параметров в график включаются грузовые поезда только регулярного обращения. Если требования наполняемости каждой нитки обеспечены, то выполнение оптимально проложенных расписаний априорно обеспечивает лучшие параметры качества работы железной дороги.
В условиях реализации информационных технологий в работе по твёрдому графику на Российских железных дорогах должны быть задействованы приемы корректировки и адаптации решений с использованием обратных связей: отслеживание реального заполнения ниток графика поездами, анализ практически реализуемых веса и длины поездов. Это позволит периодически корректировать график, привязывая нитки графика к предъявляемым перевозкам.
В этих условиях базовыми показателями качества работы, на реализацию которых должны быть направлены усилия железнодорожных структур, становятся:
- практически реализуемые вес и длина поездов в целом, по категориям и по ниткам графика в сравнении с графиковыми нормативами (в %);
- уровень выполнения графика грузовых поездов по отправлению, проследованию и прибытию - по техническим станциям (в %, с отклонениями от графикового времени в установленных градациях);
- выполнение согласованных параметров по погрузке и отправлению вагонов с грузовых пунктов (количество и процент к согласованным заданиям);
- выполнение железной дорогой согласованных заданий по подаче вагонов под погрузку (количество и процент к согласованному заданию, нарушение технологических нормативов по времени в установленных градациях);
- выполнение клиентурой согласованных заданий по выгрузке, высвобождению погрузочных ресурсов (количество и процент к согласованному заданию, нарушение технологических нормативов по времени в установленных градациях);
- реализация схемных решений в работе железнодорожных станций и узлов при работе по твёрдому графику движения поездов.
Невыполнение (менее 80...90 %) нормативов веса и длины составов свидетельствует о необходимости корректировки графика, уменьшения количества проложенных ниток графика. Низкий (ниже 95...98 %) уровень выполнения графика по отправлению, проследованию и прибытию является следствием неудовлетворительной работы технических станций, диспетчерских служб, подразделений тяги, вагонного хозяйства.
Невыполнение согласованных заданий по погрузке требует совершенствования взаимодействия с клиентурой, поиска рычагов и стимулов, при которых взаимные обязательства должны выполняться неукоснительно; это относится также и к реагированию на неудовлетворительное выполнение других базовых параметров.
В Главе 3 исследованы структура и особенности диспетчерского управления перевозочным процессом на основе информационных технологий в условиях функционирования вертикали управления перевозочным процессом, разработана структурная схема организации перевозок на основе твёрдого графика движения поездов и системы идентификации подвижного состава, приведенная на рис. 2.
Комплексная экономико-математическая модель формирования «твёрдых ниток» графика обеспечивает стабильность поездной работы на участках и полигонах за счёт, по возможности, равномерной прокладки ниток графика, что обеспечивает рациональную загрузку технического оснащения станций, участков, локомотивных бригад. Обеспечение равномерности даёт как прямой экономический эффект (снижение экономических затрат), так и косвенный, трудно учитываемый в модели, но явно возникающий вследствие улучшений условий труда диспетчерского аппарата и повышения качества перевозочного процесса.
1. Рассматриваемый полигон может быть представлен в виде графа, вершины которого соответствуют станциям, а дуги - перегонам.
Структуру полигона будем описывать матрицей смежности
(5)
Кроме того, полигон характеризируется протяженностью перегонов. Ее будем описывать матрицей времён хода по перегонам.
- время хода по перегону между станциями i и j,
- перегона i-j не существует.
В общем случае 
.
2. Поступившие заявки на перевозку образуют множество Z, элементы которого представляют собой векторы:
, (6)
где I - станция отправления;
j - станция назначения;
v - количество вагонов;
k - тип вагонов;
- время готовности вагона к отправлению;
- время доставки на ст. назначения;
- масса брутто одного вагона.
Рис. 2
Все множество заявок может быть разбито на подмножества, соответствующие заявкам на
а) перевозки внутри рассматриваемого полигона (местная работа),
б) перевозки из рассматриваемого полигона во вне (вывоз),
в) перевозки из вне на станцию рассматриваемого полигона (ввоз)
для заявок типа:
(а) i j - грузовые станции рассматриваемого полигона,
(б) i - грузовая станция рассматриваемого полигона,
j - «стыковая» станция,
(в) i - «стыковая» станция,
j - грузовая станция рассматриваемого полигона.
Кроме того, заявки могут быть классифицированы по признаку регулярности: заявка является разовой или регулярной, повторяющейся с какой-либо частотой.
3. Перемещение отправок (соответствующих выставленным заявкам на перевозку) по полигону от станции отправления до станции назначения будем отслеживать на графе, полученном из графа полигона путем его временной развертки.
Для примера рассмотрим полигон из 3-х станций.
Зададимся некоторым периодом планирования 
и разобьем его на интервалы дискретизации длительностью 
.
кратен 
.
Началу каждого интервала дискретизации соответствуют множество вершин, количеством равное количеству вершин исходного графа (рис.3).
Вершины будем нумеровать двумя индексами (i,t),
i - номер вершины на исходного графа,
t- номер интервала дискретизации.
Вершины 
и 
соединяются дугой, если существует перегон между станциями 
и 
, и время хода по этому перегону равно 
. Такая дуга соответствует возможному отправлению поезда со станции 
на станцию 
, в момент начала дискретизации 
.
Кроме того, вводятся дуги ожидания - дуги, соединяющие вершины 
. Такие дуги соответствуют тому, что поезд (отправка) остается на станции i в течение интервала t.
На рис. 3 представлены четыре интервала дискретизации результирующего графа для одного направления. Горизонтальные дуги (дуги ожидания) – простой на станциях, остальные - перемещения по перегонам.
Полученный таким образом граф представляет собой некую заготовку, «сетку» для последующего формирования графика движения поездов. Из полученного графа следует исключить дуги, кроме дуг ожидания, соответствующие пропуску пассажирских поездов, грузовых транспортных (по отношению к рассматриваемому полигону) поездов, а также дуги, попадающие в технические окна.
4. Каждой дуге этого графа поставим в соответствии массив X размером, равным количеству вариантов реализации поступивших заявок на перевозку.
l-й элемент этого массива равен 1, если отправка, соответствующая заявке номер l, перемещается по этой дуге. В противоположном случае l-й элемент равен 0.
(7)
Необходимо найти массив X, который представляет собой, по сути, план твердого графика движения поездов.
Этот график должен обеспечить:
- доставку отправок на станции назначения в срок;
- доставку с максимальной скоростью;
- перевозку отправок поездами по возможности полновесными или полносоставными;
- доставку по возможности технологическими маршрутами (или с минимумом переработки).
В качестве целевой функции предлагается использовать минимум вагоночасов простоя вагонов инвентарного парка:
(9)
Выбор такой целевой функции обеспечит выполнения требований перевозки отправок технологическими маршрутами, по крайней мере, с минимумом переработки и с минимумом пробега.
Ограничения задачи можно записать следующим образом.
1. Поезда должны быть не тяжелее весовой нормы 
на данном перегоне:
для каждой дуги 
. (10)
2. Поезда должны быть не более нормы длины 
на данном перегоне:
для каждой дуги 
. (11)
3. Отправка должна быть доставлена в срок
для всех l. (12)
- время доставки l-ой отправки.
4. Отправка должна быть отправлена с ее станции отправления в заданный интервал:
для всех l. (13)
5. Отправка должна быть отправлена на соответствующую станцию назначения
для всех l. (14)
6. Нельзя отправить прибывшую отправку
для всех l. (15)
7. Наличие отправки после проследования перегона
для всех j,l,t; (16)
k=j или jiотпр; jjназн; t+Tkjkt; Tii=1 для всех i.
8. Отправка не может быть отправлена на станцию отправления
для всех l, iiотпр. (17)
9. Вес поезда должен быть не менее рекомендуемой нормы на данном перегоне
для всех i,j,t,k;ij. (18)
В случае ввоза необходимо строго соблюдать время отправления со стыковых станций. Добавляется новое ограничение:
для всех l. (19)
В случае вывоза необходимо строго соблюдать время прибытия на стыковую станцию. Ограничение (13) примет вид:
для всех l. (20)
Приведенные ограничения были проверены экспериментально. Данные ограничения обеспечивают следование отправок в поездах определенного веса и строго от станции отправления до станции назначения.
Для реального полигона построенный таким образом граф будет содержать большое количество дуг и вершин, что приведет к большой размерности задачи оптимизации и, как следствие, к невозможности использования этой модели для решения задач оперативного управления перевозками.
Для уменьшения размера графа, предлагается использовать следующие способы:
1. Наиболее существенно на размеры графа влияет количество станций, включённых в исходный (не развернутый во времени) граф полигона. Поэтому в исходный граф следует включать лишь станции, на которых осуществляется погрузка и выгрузка (или станции отправления и назначения отправок); станции, на которых производится сортировка и формирование поездов. В этом случае элемент матрицы 
соответствует тому, что между станциями i и j существует маршрут следования, состоящий из одного или нескольких перегонов; элемент матрицы времен хода по перегону 
равен суммарному времени хода по перегонам маршрута 
с учетом времени стоянки поезда (без переработки) на станциях, лежащих на маршруте следований между станциями i и j.
2. На размер графа также влияет величина интервала дискретизации 
. Увеличение этого интервала позволит существенно уменьшить размер развернутого графа и, следовательно, объем вычислительной работы. Величину этого интервала следует выбирать в каждом конкретном случае из практических соображений.
3. Уменьшить количество дуг развернутого графа можно также и за счёт исключения из графа дуг ожидания, соответствующих простоям отправок на станциях в ожидании отправления с поездом, где эти простои невозможны технически или нежелательны.
Нахождение оптимального массива X сводится к решению задачи линейного программирования.
Реальный график движения предлагается строить в несколько этапов по следующей схеме.
Сначала решается задача для подмножества заявок, включающего в себя регулярные заявки на ввоз. При этом в систему ограничений включается дополнительное ограничение - жёсткое время отправления. Это необходимо потому, что реально погрузка не производится, а поезд принимается на стыковую станцию с соседнего полигона. Следующим этапом решается задача для подмножества заявок, включающего в себя «регулярные» заявки на перевозку на дальние расстояния (вывоз). Результатом решения будет график движения поездов, следующих на границы рассматриваемого полигона. Будут известны времена включения отправок, соответствующих этим заявкам, в поезда с грузовых станций. К этому времени должна быть закончена погрузка.
Следующим этапом должна решаться задача обеспечения погрузки порожними вагонами. Эта задача может быть решена одним из известных способов. При этом следует учитывать возможность дополнения порожними вагонами неполносоставных поездов, следующих по ниткам графика, проложенным на предыдущих этапах.
Таким же образом строится график для регулярных местных заявок и решается задача обеспечения погрузки порожним вагонами.
В последнюю очередь строится график для нерегулярных заявок.
Такая поэтапная схема построения твердого графика движения позволяет существенно сократить размерность задачи линейного программирования. Кроме того, позволяет, изменяя систему ограничений, строить графики, отвечающие каким-либо дополнительным требованиям.
Работа по принципу целевого управления перевозочным процессом в обозримой перспективе способна значительно улучшить все показатели железнодорожного транспорта и увеличить доходы компании ОАО «РЖД».
В Главе 4 показаны пути развития системы управления вагонопотоками в условиях внедрения «твёрдых ниток» графика движения поездов.
В новых экономических условиях грузоотправителю должна быть представлена возможность «заказа» скорости доставки, маршрута пропуска вагона с грузом. Вместе с тем, железным дорогам приходится учитывать значительно возросшую финансовую ответственность за нарушение сроков доставки, поэтому при разработке плана формирования следует также учитывать доходность перевозок от разных грузов. Возможности информационных технологий и вычислительной сети позволяют сегодня реализовать составление для сети железных дорог плана формирования, основанного на заявках клиентуры и нацеленного на работу по твёрдому графику движения поездов с оптимальным использованием его параметров.
Дальнейшим развитием плана формирования грузовых поездов в современных условиях следует считать концентрацию переработки вагонов на наиболее технически оснащенных станциях; увеличение транзитности вагонопотоков на удлиненных участках обращения локомотивов; совершенствование методики для расчета плана формирования, учитывающей особенности рыночной экономики.
Существующие методики составления плана формирования грузовых поездов нуждаются в качественном преобразовании. В значительной степени этому может содействовать использование приемов логистики, позволяющих осуществить поставку грузов «точно в срок» с выбором оптимальных маршрутов следования. В условиях твердого графика необходимо решение проблем повышения достоверности расчётных вагонопотоков с использованием интегрированной обработки дорожных ведомостей (ИОДВ) по прибытии. Это позволит более точно учитывать динамику и особенности фактически выполненных перевозок.
В условиях внедрения «твёрдых ниток» графика корректировка размеров вагонопотока будет заключаться в своевременном управлении погрузкой для обеспечения полновесности (полносоставности) выделенных ниток графика.
Переход к организации движения по «твёрдым ниткам» графика должен осуществляться поэтапно в силу новизны предлагаемой технологии и некоторых рисков изменения существующей технологии.
Этап 1. Использование действующего ПФ при расчёте твёрдого графика движения поездов (за счёт совершенствования оперативного планирования).
Этап 2. Скорректированный план формирования с целью ускорения продвижения вагонопотоков, уменьшения числа переработок за счёт учёта оперативной ситуации в определении целесообразности тех или иных назначений и сокращения простоя вагонов под накоплением на станциях.
Этап 3. Частичный твёрдый график. Определено целесообразное число «твёрдых ниток». Вагонопотоки, реализуемые в соответствии с планом формирования и не входящие в план твёрдого графика, составляют резерв для обеспечения продвижения вагонопотоков, возникающих в результате неравномерности погрузки.
Этап 4. Все нитки графика – «твёрдые». Обеспечение всех ниток графика вагонами осуществляется за счёт небольших отправок, отправок, поступающих в течение декады, или передачи вагонопотока отдельных «твёрдых ниток» на другие «твёрдые нитки» графика.
Такие решения обеспечивают: ускорение продвижения грузов, рост маршрутной скорости, сокращение объёмов сортировочной работы, что приведёт к уменьшению числа сортировочных станций и снижению себестоимости железнодорожных перевозок.
В Главе 5 разработаны и предложены основы технологии местной работы в условиях создания ЦУМР, что обеспечивает сокращение простоев вагонов в пунктах погрузки и в целом снижение оборота вагона.
Внедрение твёрдого графика движения участковых, сборных, вывозных, передаточных поездов и использование диспетчерских локомотивов предусматривает равномерное поступление вагонов под выгрузку по периодам суток на станции назначения, что достигается отправлением сборных поездов через определенные интервалы. Результаты внедрения показали, что применение твердого графика ускорило доставку местного груза на станции участков на 4…5 часов.
Новая технология организации местной работы в условиях ДЦУП строится на следующих принципах. Формируются динамические массивы для решения оптимизационных задач управления местной работой. Формируется база данных НСИ. Оптимизация маневровой работы на промежуточных станциях предусматривает формирование подач, подобранных по фронтам и специализированным вагоно-местам. На основе моделирования производственных процессов по оперативно рассчитываемым нормам проводится слежение за выполнением всех операций с вагонами и прогнозируется время их окончания.
Расчёты и практическая проверка показывают, что за счёт ускорения формирования сборных поездов на технических станциях и ускорения маневровой работы на промежуточных станциях участковая скорость сборных поездов увеличивается, а время на маневровую работу сокращается не менее, чем на 3-5%.
Математическая модель расчета прикрепления отцепов к «твёрдым ниткам» графика выглядит следующим образом.
Для описания прикрепления отцепов на «твёрдые нитки» графика вводятся булевые переменные:
Причём 
где 
- количество отцепов (в сумме на всех станциях), 
- количество «твёрдых ниток», реализуемых за период планирования.
Совокупность таких булевых переменных представляет собой план прикрепления вагонов к ниткам графика.
В качестве целевой функции предлагается использовать максимум реализованных «твёрдых ниток» грузовых поездов (максимум полновесных или полносоставных ниток):
(21)
где 
- индикатор (принимает значение 1, если условие A реализуется, или 0 – в противном случае);
- длина отцепа n, м;
- норма длины состава, отправляемого по нитке l, м;
- вес брутто отцепа n, т;
- норма веса состава, отправляемого по нитке l, т.
Строгое выполнение условий полновесности и полносоставности отправляемых поездов в целевой функции (21) затруднительно, поэтому условия полновесности и полносоставности запишутся следующим образом:
и 
,
где 
(т), 
(м) - минимальные и максимальные границы интервалов веса и длины соответственно для полновесных и полносоставных поездов.
Ограничения задачи можно записать следующим образом.
1. Отправка должна быть доставлена в срок
для всех n, (22)
где 
- срок доставки, который гарантируется при отправлении вагонов по нитке l, сут;
- нормативный срок доставки отцепа n, сут.
2. Вагоны должны быть отправлены не ранее срока их готовности к отправлению:
для всех n, (23)
где 
- время отправления поезда по нитке l;
- предполагаемое время готовности отцепа n к отправлению.
3. Вагоны должны быть отправлены по нитке с определённым назначением (соблюдение плана формирования):
для всех n, (24)
где 
- подмассив ниток, по которым допустимо отправление отцепа n по плану формирования.
4. Все нитки обеспечены локомотивами и бригадами
, (25)
где 
- индикатор, определяющий реализуется ли «твёрдая нитка» l;
- количество бригад и локомотивов соответственно.
В Главе 6 рассмотрены методы моделирования поездной работы на участках и станциях в качестве проверки возможности реализации рассчитанного твёрдого графика, методы управления движением поездов на направлениях и полигонах, необходимость разработки технологии, увязывающей перевозочный процесс в единое целое на основе организации движения по «твёрдым ниткам» графика.
Переход на подекадное планирование поездной работы на участках и направлениях на основе твёрдого графика предопределяет разработку прогнозных моделей и многокритериального нормирования технологических процессов. Практика внедрения задач оперативного прогнозирования показала, что только многофакторные, самокорректирующиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся методы отвечают требованиям пользователей и структур, обеспечивающих сопровождение задачи.
Разработана технология оперативного планирования на железных дорогах в условиях ЦУП и ДЦУП. Для условий организации перевозок на основе «твёрдых ниток» графика разработаны приемы оперативного планирования и управления движением поездов.
Разработана технология автоматизированного сменно-суточного планирования при внедрении информационных технологий на базе центров управления перевозками, выполняющая решение следующих задач:
- оперативное управление погрузкой с целью обеспечения полновесности и полносоставности «твердых ниток» графика;
- регулирование и оптимизация распределения порожних вагонов в условиях минимального порожнего пробега.
Схема функционирования задачи привязки образующихся погрузочных ресурсов к станциям погрузки сводится к следующему.
При жёсткой привязке к моментам 
, 
; 
; 
; 
, т.е. когда опоздания порожних вагонов к нужному сроку недопустимы, оптимальная задача формулируется следующим образом:
(26)
при ограничениях
(27)
(28)
где 
- потери на один порожний вагон при его транспортировке от i–й станции выгрузки (момент его образования 
) к j-й станции погрузки к моменту потребности в порожних вагонах 
);
- вагоно-часы простоя на станции отправления.
Ограничения определяют стандартную транспортную задачу.
Использование принципов организации поездной работы при наличии информационных компьютерных сетей, создание программного комплекса позволит решить задачу оптимизации прикрепления имеющихся порожних вагонов, контейнеров и погрузочных ресурсов, образующихся после выгрузки к пунктам предстоящей новой погрузки, с учетом минимума порожнего пробега.
Для решения задачи обеспечения полновесности и полносоставности «твердых ниток» графика предлагается использовать идею метода динамической оптимизации – сведение задачи распределения вагонов с учетом фактора времени к задаче линейного программирования. Задача решается для каждой станции назначения. Для нее делается выборка из массива отправок (отправка должна следовать на данную станцию) и выборка из массива неполновесных и неполносоставных ниток (поезд на данной станции должен поступать в расформирование). Далее рассматривается задача для одной станции назначения поездов, следующих по «твёрдым ниткам» графика.
Каждая станция погрузки характеризуется следующим вектором
, (29)
где 
- k-ый момент образования гружёных вагонов (время окончания погрузки);
- количество погруженных вагонов к k-ому моменту;
- вес одного вагона;
, где 
- количество моментов образования груженых вагонов;
, где 
- количество мест погрузки.
Из полученных в результате расчетов числа «твёрдых ниток» графика выделяются неполносоставные и неполновесные поезда, расформирование которых предусматривается на данной станции назначения.
Каждая станция отправления неполносоставных и неполновесных поездов характеризуется следующим вектором
, (30)
где 
- d-ый момент формирования неполносоставного и неполновесного поезда;
- разность между нормой длины поезда и имеющимся количеством вагонов на неполносоставную нитку;
- разность между нормой веса поезда и весом имеющихся вагонов на неполновесную нитку;
, где 
- количество неполновесных и неполносоставных поездов, отправляемых со станции j;
, где 
- количество станций отправления неполносоставных и неполновесных поездов.
Пусть 
- количество вагонов, которое нужно отправить с i-ой станции в момент окончания погрузки 
на j-ую станцию отправления неполновесного и неполносоставного поезда к моменту формирования 
, 
, 
, 
, 
.
Потери от пересылки вагонов задаются следующим образом:
- потери на один вагон при его транспортировке от станции i (момент окончания погрузки 
) до станции j (момент формирования неполновесного и неполносоставного поезда 
), 
, 
, 
, 
.
Опоздание груженых вагонов к моменту формирования поездов недопустимы, поэтому оптимальная задача формулируется следующим образом.
Найти 
(31)
при ограничениях
, 
, (32)
, 
, (33)
, 
. (34)
Первое ограничение устанавливает предельное количество вагонов определенного назначения, которые могут быть включены в поезда; второе – предельное количество вагонов (по длине состава), которое может быть включено в рассматриваемую неполновесную или неполносоставную нитку; третье – предельное количество вагонов (по массе состава), которое может быть включено в рассматриваемую неполновесную или неполносоставную нитку.
Ограничение по временам транспортировки вагонов имеет вид
, (35)
где 
- время транспортировки вагонов, учитывающее особенности графика движения поездов, 
, 
, 
, 
.
В Главе 7 приведены расчёты экономической эффективности использования «твёрдых ниток» графика. Экономическая эффективность внедрения «твёрдых ниток» графика движения поездов при централизации диспетчерского управления на базе ДЦУП как технологической основы организации движения на железнодорожных направлениях обеспечивает повышение качества перевозочного процесса на участках и направлениях железных дорог.
Экономия приведенных расходов при организации эксплуатационной работы с выделением «твёрдых ниток» графика грузовых поездов по сравнению с продвижением поездов в зависимости от сложившегося положения:
, (36)
где 
- длина участка, км;
- среднесуточное количество поездов, отправляемых по «твёрдым ниткам»;
- сокращение стоянки состава в парке сортировочной станции в ожидании отправления, ч.;
- сокращение времени нахождения состава в парке прибытия в ожидании расформирования, ч.;
- число вагонов в составе поезда;
- среднее время простоя поезда при обгоне или скрещении, ч;
- стоимость часа простоя поезда, руб.;
- число главных путей на участке;
- сокращение времени нахождения локомотива в пункте оборота, ч.;
- сокращение времени на выполнение регулировочных мероприятий по локомотивному парку, ч;
- уменьшение количества остановок на участке на пару поездов;
- расход энергии (топлива) на разгон поезда, квт.ч., или кг.
- цена условного топлива или электроэнергии, руб/изм;
, 
- расходные ставки на измеритель соответственно осе-час, локомотиво-час, бригадо-час локомотивной бригады, расхода условного топлива на стоянках, руб/изм;
- сокращение капиталовложений в подвижной состав и грузы, находящиеся в процессе перевозки, руб;
Выполненные на основе экономико-математической модели расчеты показали, что организация эксплуатационной работы строго по графику улучшает использование подвижного состава и, тем самым, обеспечивает экономию приведенных затрат 150160 тыс руб/км в год на однопутных и 250280 тыс. руб/км в год на двухпутных линиях, причем экономия приведенных затрат больше на участках, имеющих меньшую неравномерность движения.
В исследовании разработана методика расчёта стоимости «твёрдой нитки» графика, включающая расходы на дополнительный простой поездов в ожидании нитки отправления, расходы на увеличение вагонного и локомотивного парков, необходимость в которых возникает в результате простоя поездов в ожидании отправления, расходы на амортизацию основных фондов инфраструктуры участка, потери от недоиспользования части пропускной и провозной способности участка (в т.ч. стоимость риска возникновения "очереди" поездов, риск работы участка по максимальному графику), топливно-энергитические расходы при использовании собственных локомотивов, расходы, учитывающие задержки поездопотока, возникающие при организации приоритетного пропуска поезда по оцениваемой нитке. Использование приведенной методики экономической оценки стоимости нитки графика позволит: определить расходы владельца инфраструктуры по пропуску поездов, стимулировать рациональное использование инфраструктуры перевозчиками; выйти на заданный уровень автоматизированного управления перевозочным процессом компании ОАО «РЖД». На основе разработанной методики расчёта выполнены расчёты на участке Москва-Тов.-Курская – Подольск.
В диссертационной работе приведены примеры реализации алгоритмов и программ на направлениях и полигонах железных дорог при перевозках каменного угля и железорудного сырья, бурого угля на основе «твёрдых ниток» графика движения поездов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
В настоящем исследовании на основе методов системного анализа решена задача организации железнодорожных перевозок на основе информационных технологий и разработаны формализованные постановки задач оптимизации технологических решений при внедрении «твёрдых ниток» графика движения поездов. Решение постановленных задач основывается на следующих положениях.
- С учетом отечественного и зарубежного опыта установлено, что совершенствование организации эксплуатационной работы следует осуществлять на основе новых методов управления перевозками, базирующихся на развитии технической базы информационных технологий.
- Разработана структура технологических решений, направленных на достижение устойчивого положения железных дорог на рынке транспортных услуг за счет ускорения доставки грузов и повышения надёжности выполнения договорных обязательств, снижения эксплуатационных затрат на перевозки.
- Предложены критерии оценки, обеспечивающие рациональный уровень снижения эксплуатационных расходов, получения максимальной прибыли от перевозок. Определены группы технико-экономических показателей, обеспечивающих оценку заданных критериев.
- Для решения задач оптимизации технологических решений разработаны:
принципы построения и алгоритмы функционирования технологии перевозочного процесса на основе твёрдого графика движения поездов;
методы определения экономически целесообразного количества ниток в графике движения и рационального уровня его заполнения на основе математической модели формирования «твёрдых ниток» графика;
методика технико-экономической оценки вариантов эксплуатационной работы железной дороги, обеспечивающие возможность планирования и управления к прямому управлению перевозками в реальном масштабе времени;
оценки влияния неравномерности и интенсивности движения грузовых поездов на организацию поездной работы и ее согласования в условиях применения твёрдого графика движения поездов;
методы количественного обоснования параметров комплексной технологии перевозочного процесса в условиях перехода к работе по твёрдому графику движения поездов;
методы управления эксплуатационной работой на основе информационных технологий в условиях функционирования ДЦУП;
рекомендации по развитию системы управления вагонопотоками в условиях ЦУП на основе новых логистических подходов взаимодействия с клиентурой и внедрения твёрдого графика движения поездов;
технологические основы управления местной работой в условиях создания на дорогах ЦУМР; математическая модель максимизации «твёрдых ниток» графика отправления местных поездов в условиях оперативного планирования и диспетчерского руководства местной работой в ЦУМР;
технологические принципы управления поездной работой при отправлении грузовых поездов по «твёрдым ниткам» графика и рекомендации перехода управляющих функций в единые дорожные центры управления (ДЦУП);
методика оперативного управления погрузкой с целью обеспечения полновесности и полносоставности «твёрдых ниток» графика движения поездов;
приёмы адаптации алгоритмов решения оптимизационной задачи оперативного распределения порожних вагонов на станциях и железнодорожных направлениях в условиях внедрения «твёрдых ниток» графика;
рекомендации по развитию информационного обеспечения для решения оптимизационных задач управления поездной работой в условиях внедрения «твёрдых ниток» графика движения поездов;
методика технико-экономической оценки эффективности перевозок на основе внедрения «твёрдых ниток» графика в условиях ДЦУП;
комплекс нормативно-методических и технологических документов, обеспечивающих реализацию результатов исследований по обоснованию организации железнодорожных перевозок в условиях реализации информационных технологий и автоматизированного решения ряда технологических задач.
- Для реализации новой системы управления перевозками необходимо иметь информацию о предстоящей работе каждого погруженного вагона: с какими поездами он перемещается, где (если надо) будет расформирован поезд, по какой нитке графика вагон будет отправлен со станции формирования, когда прибудет в пункт назначения.
- Составлению твердого графика движения грузовых поездов предшествует выполнение работы по определению их потребного количества в сутки для каждого выбранного направления. Это количество поездов равномерно распределяется по времени суток в интервалах между пассажирскими поездами. Особое внимание при этом уделяется организации местной работы с целью подачи и уборки вагонов в удобное для клиентов время. График движения поездов увязан с графиком местной работы, обеспечивающим выполнение договорных обязательств перед отправителем и получателем грузов.
- Решающее значение для создания необходимых условий работы локомотивных бригад имеет соблюдение твердого графика движения грузовых поездов, составленного на реальные размеры движения с учетом рассчитанных норм времени на смену бригад.
- Соблюдение ниток твёрдого графика движения грузовых поездов является основным критерием оценки качества перевозочного процесса.
- В целях ускорения формирования составов, отправляемых по «твёрдым ниткам» графика, в исследовании рекомендовано использовать следующие мероприятия:
- дополнять составы до нормы местными и порожними вагонами, следующими в нужном направлении;
- формировать групповые поезда из вагонов попутных назначений;
- концентрировать формирование поездов дальних назначений на одной сортировочной станции узла или региона;
- стремиться каждую нитку твёрдого графика использовать для поездов возможно дальних назначений;
- материально стимулировать максимальное количество вагонов дальних назначений в составах поездов, отправленных за смену, а также сокращение времени нахождения вагонов на станции.
- Способы формирования каждого поезда выбираются с учетом наличия вагонов и особенностей прокладки ниток твёрдого графика. Если рассматриваемая нитка графика является последней перед длительным перерывом движения грузовых поездов, обусловленным пропуском пассажирских поездов или ремонтными работами, то с целью сокращения простоя вагонов экономически выгодным для станции являются меры, обеспечивающие отправление по данной нитке максимального количества вагонов.
- В целях повышения надёжности и экономичности перевозок целесообразно поэтапное внедрение на сети технологии поездной работы, которая базируется на твёрдом графике оборота локомотивов, заданном на месяц и основанном на устойчивых реальных поездопотоках.
- Новая технология, существенно улучшая показатели использования подвижного состава, создает благоприятные условия для текущего обслуживания технических устройств; продвижения по выделенным ниткам графика фирменных грузовых поездов, грузовых экспрессов, порожних и технологических маршрутов, контейнерных поездов, поездов повышенной массы и длины, грузовых поездов.
- Оперативное управление поездной работой в условиях организации перевозок по твёрдому графику реализует полновесность и полносоставность таких поездов за счет управления погрузкой, оперативного распределения порожних вагонов на станциях и участках на основе информационной среды АСОУП, АСУСС, АСУГС, «ДИСПАРК», «Грузовой экспресс», ДИСКОН, «САИПС», «ГИД-Урал», ДИСТПС и взаимодействующих центров управления перевозками; технологии работы системы СФТО, обеспечивающих координацию и преемственность управляющих воздействий в пространственном и временном разрезах непрерывно корректируемого и пополняемого прогноза на предстоящие перевозки.
В диссертации сформулирована и теоретически обоснована совокупность научных положений и методов, направленных на решение проблемы организации железнодорожных перевозок в условиях глобальной реализации информационных технологий на основе внедрения «твёрдых ниток» графика движения поездов.
Наиболее важные положения диссертации опубликованы в следующих изданиях:
- Шапкин И.Н. Организация железнодорожных перевозок на основе дискретных методов управления и твёрдого графика движения поездов // Транспорт. Наука, техника, управление: научный информационный сборник, М.: ВИНИТИ, 2008, с. 2-8.
- Шапкин И.Н. Организация перевозок в условиях жесткого графика. Железнодорожный транспорт №2, 2003 г, с. 43-47.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Перевозкам – интенсивные технологии. Железнодорожный транспорт, №5, 1990 г., с. 34-37.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И., Гомоляко И.М. Интенсификация работы крупных железнодорожных узлов. Железнодорожный транспорт, №7, 1991 г., с. 24-28.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Перевозки грузов – на коммерческую основу. Железнодорожный транспорт, №11, 1992 г., с. 6-10.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Резервы экономии эксплуатационных расходов. Железнодорожный транспорт, №3, 1993 г., с. 15-19.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Технологические проблемы работы железнодорожных стыков. Железнодорожный транспорт, №4, 1993 г., с. 2-7.
- Лемешко В.Г., Шапкин И.Н. Инструмент управления эксплуатационной работой. Железнодорожный транспорт, №1, 1994 г.
- Тулупов Л.П., Самохвалов А.И., Шапкин И.Н. Автоматизированная система «Дорожно-сетевой диспетчер», Железнодорожный транспорт №2, 1995 г., с. 12-17.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Программа повышения скоростей движения в действии. Железнодорожный транспорт, №9, 1998 г., с. 2-5.
- Тулупов Л.П., Шапкин И.Н., Каштанов Л.А. Информационное обеспечение поездной работы. Железнодорожный транспорт, №8, 1991 г., с.15-20.
- Бочков Ю.В., Гомоляко И.М., Шапкин И.Н. Интенсификация работы железнодорожных узлов. Железнодорожный транспорт, №4, 1998 г., с.38-40.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Грузовым поездам – жесткий график. Железнодорожный транспорт, №9, 1998 г., с. 2-5.
- Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Резервы повышения участковой скорости – в действие. Железнодорожный транспорт, №2, 1992 г.
- Кужель А.Л., Шапкин И.Н., Кожанов Е.М. Роль графика движения поездов в рыночных условиях // Железнодорожный транспорт, №7, 2007. – с.33 – 36..
Кроме того, результаты диссертационных исследований представлены ещё в более 65 публикациях, в том числе в следующих:
- Шапкин И.Н. Информационные технологии в организации перевозок. Москва, Железные дороги мира №2, 2003 г, с. 9-13.
- Шапкин И.Н. Эффективность глобальных информационных технологий в организации железнодорожных перевозок. Вестник ВНИИЖТ, №2, 2003г, с.21-26.
- Шапкин И.Н., Неклюдов Д.Б., Кожанов Е.М. Организация перевозок на основе дискретных методов управления и твердого графика движения поездов. Железные дороги мира, 2005 г., №3, 28-34 с.
- Шапкин И.Н., Юсипов Р.А., Кожанов Е.М. Моделирование поездной работы на основе многофакторного нормирования технологических операций.- Вестник ВНИИЖТ, №4, 2006г., с. 30 – 36.
- Шапкин И.Н., Кожанов Е.М. Технология обеспечения полновесности и полносоставности поездов, отправляемых по твердым ниткам графика. Вестник ВНИИЖТ, 2005 г., №4, 28-33 с.
- Левшин И.К., Шапкин И.Н., Щелоков А.И. Прогрессивная технология на железных дорогах. Москва, Транспорт, 1993 г., 186 с.
- Шапкин И.Н., Зверев В.И. Информационное обеспечение задач управления поездной работой в АСОУП второй очереди. Вестник ВНИИЖТа, №3, 1994 г., с. 30-34.
- Шапкин И.Н. Ресурсосберегающие технологии и управление местной работой на железных дорогах. Труды III-ей н/п конференции «Ресурсосберегающие технологии на ж.д. транспорте». Москва, 2000 г.
- Шапкин И.Н., Неклюдов Д.Б. «Оптимизационная модель развития железнодорожных направлений, обеспечивающая рациональный уровень качества перевозочного процесса» Труды международной н/п конференции «Проблемы безопасности на транспорте». БелГУТ, Гомель, 2000 г.
- Шапкин И.Н. Экономическая эффективность глобальной реализации информационных технологий в организации железнодорожных перевозок. Межвузовский сборник научных трудов.
- Ивницкий В.А., Шапкин И.Н., Кожанов Е.М. К проблеме увеличения количества «твёрдых ниток» графика движения поездов //Вестник ВНИИЖТ, №5, 2008г., с. 14-21.
- Шапкин И.Н., Кожанов Е.М. Совершенствование методов обеспечения безопасности движения в условиях применения твердого графика. // Шестая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов», 26-27 октября 2005г., Москва, Россия.
- Тулупов Л.П., Гусятинер А.М., Шапкин И.Н. Оперативное распределение порожних вагонов под погрузку. Вестник ВНИИЖТа, №4, 1987 г.
Шапкин Игорь Николаевич
ОРГАНИЗАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕВОЗОК
НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
автореферат
Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок
Подписано в печать Формат – 60x90 
Печ.л. Тираж 100 экз. Заказ №
127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9. Типография МИИТа.
