ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online)

Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 2018, № 5 (77)

Моделювання задч транспорту та економіки

Введение

На протяжении всей истории развития железнодорожного транспорта одной из важнейших задач, стоящих перед железнодорожниками, было сокращение эксплуатационных расходов путем повышения эффективности использования транспортной инфраструктуры и подвижного состава [6, 10, 15].

Совершенствование плана формирования поездов (далее – ПФП) является направлением решения данной задачи, способным обеспечить достижение значительных результатов при минимальных капитальных вложениях [3, 4, 7]. Так, оптимизация ПФП способна обеспечить ускорение оборота вагонов и сокращение времени их нахождения на технических станциях, повысить производительность локомотивов и грузовых вагонов за счет правильного распределения сортировочной работы между станциями [11, 13].

Основные методы расчета оптимального ПФП, принципы которых применяются для решения данной задачи и в настоящее время, были разработаны еще в 40-е–60-е годы XX века [1, 12].

Так, в 1940-е годы проф. А. П. Петров предложил применение при разработке ПФП метода абсолютного расчета. Использование данного метода предусматривает выполнение расчетов для всех потенциально реализуемых вариантов плана формирования и оценку затрат вагоно-часов на накопление и переработку вагонов для каждого из них. В то же время недостатком метода абсолютного расчета является необходимость выполнения большого объема вычислений при разработке плана формирования для направлений, на которых расположено более чем 5–6 сортировочных станций.

Альтернативный подход к разработке ПФП применяют в аналитических методах, предусматривающих постепенное нахождение плана формирования, близкого к оптимальному, путем выполнения расчетов в несколько итераций. Наибольшее распространение среди таких методов получил метод совмещенных аналитических сопоставлений, автором которого является проф. К. А. Бернгард, усовершенствовавший разработанный ранее метод аналитических сопоставлений проф. И. И. Васильева. Метод совмещенных аналитических сопоставлений основывается на построении графика назначений струй вагонопотоков и его последующей поэтапной корректировке путем выделения в оптимальный план формирования назначений, обеспечивающих максимальную экономию вагоно-часов, затрачиваемых на накопление и переработку вагонов.

Разработанный к. т. н. А. И. Поповым метод направленного перебора вариантов позволяет сократить объем вычислений при выборе оптимального варианта ПФП. При использовании данного метода множество вариантов плана формирования представляют в виде графа. На его осях помещают вершины, номера которых соответствуют номерам сквозных струй. Вершины на соседних осях графа соединяют дугами, указывающими на их принадлежность к одному варианту ПФП. Расчет производят последовательно, начиная с верхней ветви графа и слева направо; при этом затраты вагоно-часов при переходе от вершины к вершине по дуге графа увеличиваются с учетом затрат на накопление и уменьшаются с учетом экономии от проследования попутных станций без переработки. Если при переходе от одной вершины к другой происходит рост затрат приведенных вагоно-часов, дальнейшие расчеты по данной ветви прекращают, что позволяет исключить заведомо неконкурентные варианты ПФП.

Расчет сетевого плана формирования производят на ЭВМ по алгоритму метода улучшения плана, разработанного проф. С. В. Дуваляном. Суть этого метода заключается в постепенном улучшении ПФП путем перехода от одного множества назначений к другому за счет дополнения его другими назначениями. Этот процесс начинается с множества обязательных назначений и заканчивается тогда, когда в ПФП оказываются включенными все назначения, которые уменьшают суммарные приведенные затраты на накопление и переработку транзитных вагонов.

Анализ современных исследований в области совершенствования системы организации вагонопотоков показывает, что особое внимание на текущем этапе уделяют двум направлениям: развитие математических моделей функционирования транспортных систем [2, 9, 14, 17, 20, 21] и оптимизация процесса формирования (расформирования) составов на технических станциях [18, 19, 23].

Так, работы М. Болнна и С. Гестрелиус посвящены разработке математической модели оптимизации сортировочного процесса, позволяющей увеличить горизонт планирования работы технических станций за счет автоматизированной обработки данных о вагонопотоках, поступающих на близлежащие сортировочные станции [20]. Исследования Chongshuang Chen и других ученых Шанхайского университета транспорта направлены на решение проблемы алгоритмизации формирования групповых поездов [18].

Еще одним важным направлением исследований в области организации перевозочного процесса, осуществляемых учеными КНР, является сокращение эксплуатационных затрат, связанных с нахождением подвижного состава на сортировочных станциях (работы Jie Xiao о минимизации затрат, связанных с формированием многогруппных поездов [22]).

Таким образом, можно утверждать, что в традиционных методах разработки оптимального ПФП в качестве критерия оценки целесообразности установления назначений грузовых поездов используют критерий минимизации вагоно-часов, затрачиваемых на накопление и переработку вагонов [1, 5, 12]. В то же время применяемые методики не учитывают расходы, связанные с нахождением вагонов и локомотивов в движении [8]. При этом в исследованиях, посвященных совершенствованию процесса разработки ПФП, основное внимание уделяют сокращению времени нахождения вагонов на технических станциях.

Анализ отечественного и зарубежного опыта подтверждает актуальность дальнейших исследований, направленных на совершенствование системы организации вагонопотоков и минимизацию эксплуатационных затрат на основе применения дополнительных критериев при выборе оптимального варианта плана формирования поездов.

Цель

Основной целью данной статьи является разработка метода, позволяющего при расчете плана формирования одногруппных поездов учитывать расходы, связанные с нахождением локомотивов и вагонов в движении, а также исследование факторов, оказывающих влияние на экономию затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах.

Методика

Для оценки целесообразности использования при разработке ПФП критерия минимизации затрат, связанных с нахождением вагонов и локомотивов в движении, рассмотрим направление A–D, на котором расположены 4 сортировочные станции. В рассматриваемом примере расстояния между станциями равны и составляют 120 км; экономия при проследовании сортировочной станции без переработки T_эк (или затраты на переработку T_пер) составляет 5,0 ваг.ч; затраты, связанные с накоплением состава поезда cm – 600 ваг.ч.

Рассмотрим случай, когда мощность всех струй вагонопотока равна и составляет 50 вагонов. Сведения о направлении A–D приведены на рис. 1.

Для определения оптимального ПФП используем метод абсолютного расчета, предусматривающий выполнение вычислений для всех практически осуществимых вариантов плана формирования. В рассматриваемом примере является возможным выделение трех сквозных струй (A–D, A–C, B–D) вагонопотока в самостоятельные назначения, что означает необходимость расчета затрат для восьми вариантов плана формирования. На рис. 2 приведен граф, на котором отмечены возможные варианты плана формирования поездов.

Рис. 1. Характеристика направления A–D

Fig. 1. Characteristics of the direction A–D

Рис. 2. Граф вариантов ПФП для направления A–D

Fig. 2. Options graph of TFP (train formation plan) for the directions A–D

Рассмотрим каждый из показанных выше вариантов и сравним затраты, связанные с накоплением составов поездов cm и с переработкой вагонов на сортировочных станциях nT_пер.

Так, при реализации варианта ПФП, предусматривающего следование всех вагонов в участковых поездах (вариант «0»), затраты на накопление составов поездов на участки A–B, B–C, C–D составят

затраты, связанные с переработкой вагонов на сортировочных станциях:

общие затраты:

Результаты аналогичных расчетов для всех возможных вариантов плана формирования сведены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнение вариантов ПФП
для направления A–D

Table 1

Option comparison of the TFP for
the direction A–D

Вариант ПФП		∑cm, ваг.ч	∑nTпер, ваг.ч	Вобщ, ваг.ч
0		1 800	1 000	2 800
0–1		2 400	500	2 900
0–1–2		3 000	250	3 250
0–1–2–3		3 600	0	3 600
0–1–3		3 000	250	3 250
0–2		2 400	750	3 150
0–2–3		3 000	500	3 500
0–3		2 400	750	3 150

Таким образом, согласно расчетам, выполненным с использованием традиционных методов, наименьшие затраты можно обеспечить при доставке всех вагонов на станции назначения участковыми поездами.

Результаты

Результаты исследования, выполненного на Белорусской железной дороге в 2015–2017 гг., показали, что даже в пределах одного железнодорожного направления участковые скорости грузовых поездов могут значительно отличаться в зависимости от их категории [16].

В табл. 2 представлены сведения об участковой скорости грузовых поездов различных категорий на двух направлениях Белорусской железной дороги (однопутном и двухпутном).

Данные, представленные в табл. 2, показывают, что средняя скорость участковых поездов на рассмотренных направлениях значительно уступает средней скорости движения сквозных поездов. На однопутном направлении Кричев–Слуцк разница между участковыми скоростями поездов указанных категорий в зависимости от направления следования составляет 2–3 %, на двухпутном направлении Минск–Орша – 11–18 %.

Таблица 2

Сравнение участковых скоростей
различных категорий грузовых поездов

Table 2

Comparison of service speeds of various
categories of freight trains

Категория поездов	vуч, км/ч
		Направление Кричев–Слуцк (однопутное)		Направление Минск–Орша (двухпутное)
			Нечетн.	Четн.	Нечетн.	Четн.
Сквозные		49,3	47,1	53,2	54,7
Участковые	48,0	45,7	45,0	49,2
Вывозные	41,9	41,7	27,9	24,5
Сборные	-	-	26,5	36,3
ВСЕГО	45,6	45,2	51,1	51,0

Графическое сравнение участковых скоростей поездов различных категорий показано на рис. 3.

Рис. 3. Сравнение участковых скоростей
различных категорий грузовых поездов

Fig. 3. Comparison of service speeds
of various categories of freight trains

Тот факт, что разница между скоростями сквозных и участковых поездов на направлении Минск–Орша существенно превышает аналогичный показатель на направлении Кричев–Слуцк объясняется значительно большими размерами движения на двухпутном направлении. Так, ежесуточные размеры движения на участках направления Кричев–Слуцк составляют 17–20 пар поездов, направления Минск–Орша – 70–100 пар поездов.

Влияние размеров движения на разницу между скоростями сквозных и участковых поездов подтверждается и при анализе участковых скоростей на отдельных участках одного направления. Например, на участке Осиповичи–Слуцк, имеющем наибольшие размеры движения на направлении Кричев–Слуцк, разница между скоростями сквозных и участковых поездов достигает 8 %, тогда как на участке Осиповичи–Могилев она составляет менее 1 %.

Таким образом, проведенные исследования доказали наличие взаимосвязи между категорией поезда и его участковой скоростью. В связи с вышеизложенным, при разработке плана формирования целесообразным является применение дополнительного параметра – критерия экономии затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах. В этом случае оптимальный план формирования может отличаться от плана формирования, разработанного с использованием традиционных методов.

Используя данные о длине участков направления А–D, рассчитаем среднее время проследования каждого из участков участковым поездом t_уч и сквозным поездом t_скв. Экономию времени при следовании вагонов и локомотивов в составе сквозных поездов Δt_скв будем определять по формуле:

(1)

Приходящуюся на один вагон экономию затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах R в приведенных вагоно-часах (далее – пр. ваг.ч) можно вычислить при помощи формулы:

(2)

где k_лок – коэффициент приведения локомотиво-часов к вагоно-часам; m – средний состав следующего по участку поезда, вагонов.

Определим значение параметра R при пропуске вагонов и локомотивов в сквозных поездах по различным участкам направления A–D.

Для расчетов принимаем, что средняя скорость участковых поездов v_уч составляет 45,0 км/ч, а скорость сквозных поездов v_скв превышает её на 5,0 % и составляет 47,25 км/ч. Средний состав поезда, следующего по направлению A–D, принимаем равным 60 вагонам.

Необходимо отметить, что эксплуатационные расходы, связанные с нахождением подвижного состава в движении, могут значительно превышать затраты на накопление вагонов [8]. Так, в соответствии с действующими на Белорусской железной дороге Методическими рекомендациями по расчету экономических параметров, позволяющих оценить эксплуатационные расходы по технологическим операциям услуг железнодорожного транспорта общего пользования, стоимость 1 часа движения локомотива в тепловозной тяге эквивалентна стоимости 375 вагоно-часов (далее – ваг.ч), в электровозной – 336 ваг.ч.

Для того, чтобы привести локомотиво-часы экономии к вагоно-часам, учитываем, что на рассматриваемом направлении применяют тепловозную тягу. Коэффициент приведения k_лок
в этом случае составит 375.

Результаты расчета параметра R сведены в табл. 3.

Таблица 3

Определение параметра R для различных участков направления A–D

Table 3

Determination of the R parameter for different sections of the direction A–D

Показатель	Участок
		A–C	B–D	A–D
Длина участка, км		240	240	360
tуч, ч	5,33	5,33	8,00
tскв, ч	5,08	5,08	7,62
Δtскв, ч	0,25	0,25	0,38
R, пр. ваг.ч	1,84	1,84	2,76

Для струи вагонопотока мощностью n экономия затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах Rn составит:

(3)

Анализ формулы (3) показывает, что значение параметра Rn возрастает при увеличении мощности струи вагонопотока, а также при увеличении длины участка, по которому следует поезд. В то же время значение параметра снижается при увеличении среднего состава обращающихся поездов, поскольку в этом случае для организации пропуска вагонопотока по участку потребуется меньшее число локомотивов.

Проиллюстрируем эти выводы на примере струи вагонопотока A–D.

Данные о влиянии изменения среднего состава поезда m на значение параметра Rn сведены в табл. 4, и по ним построен рис. 4.

Таблица 4

Определение влияния изменения
среднего состава поезда m на
значение параметра Rn

Table 4

Determination of the influence of changing
the average train composition m on the value
of the parameter Rn

m, ваг.		R, пр. ваг.ч	Rn, пр. ваг.ч
40		3,95	198
48		3,36	168
56		2,93	147
64		2,61	131
72		2,37	118
80		2,17	108

Рис. 4. Влияние изменения среднего состава
поезда m на значение параметра Rn

Fig. 4 The influence of changing the average train composition m on the value of the parameter Rn

Рис. 4 показывает, что значение параметра Rn обратно пропорционально среднему составу грузового поезда, следующего по рассматриваемому участку.

В табл. 5 приведены результаты расчета влияния изменения мощности струи вагонопотока n на величину параметра Rn и по ним построен график, приведенный на рис. 5.

Таблица 5

Определение влияния изменения
мощности струи вагонопотока n на
значение параметра Rn

Table 5

Determination of the influence of changing
the car-stream power n on the value
of the parameter Rn

n, ваг.	R, пр. ваг.ч	Rn, пр. ваг.ч
50	2,76	138
70		193
90		249
110		304
130		359
150		414

Рис. 5. Влияние изменения мощности струи вагонопотока n на значение параметра Rn

Fig. 5. The influence of changing the car-stream power n for the value of the parameter Rn

Из рис. 5 следует, что при увеличении мощности струи вагонопотока экономия затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах возрастает линейно.

Результаты расчета влияния длины участка l_уч на величину параметра Rn приведены в табл. 6, и по ним построен рис. 6.

Таблица 6

Определение влияния длины участка l_уч
на значение параметра Rn

Table 6

Determination of the influence of the section length l_sec on the value of the parameter Rn

lуч, км	Δtскв, ч	R, пр. ваг.ч	Rn, пр. ваг.ч
60	0,06	0,46	23
120	0,13	0,92	46
180	0,19	1,38	69
240	0,25	1,84	92
300	0,32	2,30	115
360	0,38	2,76	138

Рис. 6. Влияние длины участка l_уч
на величину параметра Rn

Fig. 6. The influence of the section length l_sec on the value of the parameter Rn

Рис. 6 показывает, что при увеличении длины участка экономия затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах Rn возрастает.

Используем параметр Rn при расчете оптимального плана формирования поездов для направления A–D.

Для варианта ПФП «0–1» параметр Rn будет равен

Результаты расчетов параметра Rn, а также общих затрат В_общ для всех вариантов плана формирования сведены в табл. 7.

Таблица 7

Сравнение вариантов ПФП для направления A–D

Table 7

Comparison of the options of TFP
for the direction A–D

Вариант	При исп. традиционного метода расчета	При исп. параметра Rn
		Вобщ, ваг.ч	Rn, пр. ваг.ч	Вобщ, пр. ваг.ч
0		2 800	0	2 800
0–1	2 900	138	2 762
0–1–2	3 250	230	3 020
0–1–2–3	3 600	322	3 278
0–1–3	3 250	230	3 020
0–2	3 150	92	3 058
0–2–3	3 500	184	3 316
0–3	3 150	92	3 058

Данные, приведенные в табл. 7, показывают, что, в то время как при использовании традиционного метода расчета оптимальным должен быть признан вариант ПФП «0», при котором доставку всех вагонов на станции назначения осуществляют участковые поезда, применение предлагаемой методики позволяет доказать, что выделение в самостоятельное назначение струи вагонопотока № 1 позволит снизить эксплуатационные затраты.

Для оценки эффекта от использования при разработке ПФП критерия экономии затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах выполним аналогичные расчеты в случаях, если струи вагонопотока имеют большую мощность n, а также при большей разнице между скоростями участковых и сквозных поездов Δv. В табл. 8 и 9 приведена оценка эксплуатационных затрат при реализации оптимальных вариантов ПФП, рассчитанных с использованием традиционного и предлагаемого методов соответственно. В табл. 9 также показана экономия приведенных вагоно-часов ΔВ_общ, получаемая при использовании предлагаемого метода расчёта.

Таблица 8

Эксплуатационные затраты В_общ
при выборе оптимального ПФП
с использованием традиционного метода

Table 8

Operating costs В_gen when choosing the optimal TFP using the traditional method

Δv, %	n, ваг.	Оптимальный вариант	Вобщ, пр. ваг.ч
5	50	0	2 800
	75	0–1	2 943
	100	0–1	3 124
10	50	0	2 800
	75	0–1	2 755
	100	0–1	2 873
15	50	0	2 800
	75	0–1	2 583
	100	0–1	2 643

Таблица 9

Эксплуатационные затраты Вобщ при выборе оптимального ПФП с использованием
предлагаемого метода

Table 9

Operating costs В_gen when choosing the optimal TFP using the proposed method

Δv, %	n, ваг.	Опти-мальный вариант	Вобщ, пр. ваг.ч	ΔВобщ, пр. ваг.ч
5	50	0–1	2 762	38
	75	0–1	2 943	0
	100	0–1–2–3	2 956	168
10	50	0–1	2 636	164
	75	0–1–2–3	2 677	78
	100	0–1–2–3	2 370	503
15	50	0–1	2 522	278
	75	0–1–2–3	2 276	307
	100	0–1–2–3	1 835	808

Из табл. 8 и 9 видно, что при разнице между скоростями участковых и сквозных поездов в 5 % и мощности струй вагонопотока, равной 100 вагонам, при использовании предлагаемого метода подтверждается целесообразность выделения в самостоятельные назначения струй вагонопотока № 1, 2, 3 (A–D, A–C, B–D), тогда как при использовании традиционного метода обосновывается только целесообразность выделения струи вагонопотока № 1 (A–D). При этом расчет оптимального варианта ПФП с учетом параметра Rn обеспечивает экономию ΔВ_общ = 168 пр. ваг.ч.

При увеличении мощности струй вагонопотока и разницы между скоростями участковых и сквозных поездов эффект от использования предлагаемого метода возрастает. Так, при мощности струй вагонопотока, равной 100 вагонам, и Δv = 15 % он достигает 808 пр. ваг.ч.

Научная новизна и практическая
значимость

В работе предложено использовать при разработке плана формирования поездов новый дополнительный параметр – критерий экономии затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах. Показано, что применение указанного критерия позволяет обосновать выделение в самостоятельные назначения отдельных струй вагонопотока, которые при использовании традиционных методов расчета плана формирования были бы признаны экономически невыгодными.

Авторы выполнили анализ влияния таких факторов, как состав поезда, длина участка и мощность струи вагонопотока на экономию затрат при использовании предлагаемого параметра.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке плана формирования поездов, что обеспечит экономию эксплуатационных затрат, связанных с нахождением вагонов и локомотивов в движении.

Выводы

После разработки плана формирования поездов традиционным методом для участков, на которых имеются маломощные сквозные струи, не выделенные в самостоятельные назначения, следует осуществлять проверку целесообразности их выделения с использованием критерия экономии затрат при следовании вагонов и локомотивов в сквозных поездах. Использование указанного критерия может подтвердить целесообразность выделения в самостоятельные назначения дополнительных струй вагонопотоков, что, в свою очередь, обеспечит значительное сокращение эксплуатационных расходов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Абрамов, А. А. Управление эксплуатационной работой : в 3 ч. / А. А. Абрамов. – Москва : Рос. гос. откр. техн. ун-т путей сообщения, 2001. – Ч. 1. – 144 с.

2. Бодюл, В. И. Концепция рационального управления вагонными парками операторов железнодорожного подвижного состава и информационная технология её реализации / В. И. Бодюл, А. Н. Феофилов // Вестн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. трансп. – 2016. – Т. 75, № 1. – С. 46–52.

3. Сайбаталов, Р. Ф. Вагонный парк, инфраструктуру и управление движением – к общему знаменателю / Р. Ф. Сайбаталов, А. Ф. Бородин // Железнодорожный транспорт. – 2014. – № 11. – С. 26–34.

4. Дорошко, С. В. Адаптивная система организации вагонопотоков / С. В. Дорошко. – Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2010. – Вип. 34. – С. 39–45.

5. Ковалев, В. И. Организация вагонопотоков на сети железных дорог России в условиях реформирования отрасли / В. И. Ковалев. – Санкт-Петербург : Выбор, 2002. – 144 с.

6. Левин, Д. Ю. Организация вагонопотоков в рыночных условиях / Д. Ю. Левин // Мир транспорта. – 2017. – № 4 (71). – С. 178–192.

7. Негрей, В. Я. Развитие методов анализа перевозочного процесса / В. Я. Негрей, К. М. Шкурин // Вестник БелГУТа: Наука и транспорт. – 2016. – № 2 (33). – С. 23–25.

8. Некрашевич, В. И. Управление эксплуатацией локомотивов / В. И. Некрашевич, В. И. Апатцев. – Москва : Рос. гос. откр. техн. ун-т путей сообщения, 2004. – 257 с.

9. Осьминин, А. Т. Рациональная организация вагонопотоков на основе методов многокритериальной оптимизации : дис. ... д-ра техн. наук : 05.22.08 / Осьминин Александр Трофимович ; Самар. ин-т инженеров ж.-д. трансп. – Самара, 2000. – 260 с.

10. Правдин, Н. В. Прогнозирование грузовых потоков / Н. В. Правдин, М. Л. Дыканюк, В. Я. Негрей. – Москва : Транспорт, 1987. – 247 с.

11. Пулатов, П. Н. Координация технологии эксплуатационной работы железной дороги Республики Таджикистан и организации вагонопотоков в международном сообщении / П. Н. Пулатов // Вестн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. трансп. – 2018. – Т. 77, № 4. – С. 211–217.

12. Управление эксплуатационной работой и качеством перевозок на железнодорожном транспорте : учебник для вузов / П. С. Грунтов, Ю. В. Дьяков, А. М. Макарочкин [и др.] ; под ред.
    П. С. Грунтова. – Москва : Транспорт, 1994. – 543 с.

13. Федоров, Е. А. Методологические основы реализации планов формирования поездов перевозчиков в графике движения поездов на полигоне инфраструктуры / Е. А. Федоров // Вестн. науч.-исслед. ин-та ж.-д. трансп. – 2018. – Т. 77, № 2. – С. 92–97.

14. Шапкин, И. Н. На основе имитационного моделирования / И. Н. Шапкин, А. Н. Вдовин // Железнодорожный транспорт. – 2013. – № 3. – С. 37–41.

15. Шапкин, И. Н. Нормирование и прогнозирование на железных дорогах (методы, алгоритмы, технологии, расчеты) / И. Н. Шапкин, Р. А. Юсипов, Е. М. Кожанов. – Москва : Ин-т соц.-полит. исслед. Рос. акад. наук, 2007. – 255 с.

16. Шкурин, К. М. Системный подход к оптимизации плана формирования поездов / К. М. Шкурин // Вестник БелГУТа: Наука и транспорт. – 2017. – № 1 (34). – С. 61–64.

17. Butko, T. Devising a method for the automated calculation of train formation plan by employing genetic algorithms / T. Butko, V. Prokhorov, D. Chekhunov // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2017. – № 1 (3). – С. 55–61.

18. Chen, Ch. Model and Algorithm of the Car-to-Block Assignment Plan on Railway Network / Chongshuang Chen, Hui Fang, Feng Xue // ICLEM 2012: Logistics for Sustained Economic Development – Technology and Management for Efficiency (Chengdu, China, Oct. 8-10, 2012). – Chengdu, 2012. – P. 54–60.
    doi: 10.1061/9780784412602.0009

19. Multistage methods for freight train classification / Riko Jacob, Peter Marton, Jens Maue, Marc Nunkesser // Networks. – 2011. – Vol. 57. – Іss. 1. – P. 87–105. doi: 10.1002/net.20385

20. Optimization Methods for Multistage Freight Train Formation / Markus Bohlin, Sara Gestrelius, Florian Dahms, Matúš Mihalák, Holger Flier // Transportation science. – 2016. – Vol. 50. – Іss. 3. – P. 823–840.
    doi: 10.1287/trsc.2014.0580

21. RailNet: A simulation model for operational planning of rail freight / G. Michal, N. Huynh, N. Shukla,
    A. Munoz, J. Barthelemy // Transportation Research Procedia. – 2017. – Vol. 25. – P. 461–473.
    doi: 10.1016/j.trpro.2017.05.426

22. Xiao, J. Comprehensive optimization of the one-block and two-block train formation plan / Jie Xiao, Boliang Lin // Journal of Rail Transportation Planning & Management. – 2016. – Vol. 6. – Іss. 3. – P. 218–236.
    doi: 10.1016/j.jrtpm.2016.09.002

23. Yaghini, M. A hybrid solution method for fuzzy train formation planning / Masoud Yaghini, Mohsen Momeni, Mohammadreza Sarmadi // Applied Soft Computing. – 2015. – Vol. 31. – P. 257–265.
    doi: 10.1016/j.asoc.2015.02.039

В. Я. НЕГРЕЙ^1*, К. М. ШКУРIН^2*

^1*Каф. «Транспортні вузли», Білоруський державний університет транспорту, вул. Кірова, 34, Гомель, Республіка Білорусь, 246022,
тел. +37 (529) 625 75 87, ел. пошта vjanegrey@gmail.com, ORCID 0000-0002-1857-4980
^2*УП «Мінське відділення Білоруської залізниці», вул. Свердлова, 28, Мiнськ, Республіка Білорусь, 220030,
тел. +37 (529) 238 88 87, ел. пошта nodntiv1@rambler.ru, ORCID 0000-0003-2800-433X

СИНЕРГЕТИЧНИЙ ПIДХIД ДО РОЗРАХУНКУ

ПЛАНУ ФОРМУВАННЯ ОДНОГРУПОВиХ

ПОЇЗДІВ

Мета. Ця робота передбачає дослідити можливість використання критерію, що дозволяє враховувати витрати, пов’язані з перебуванням локомотивів і вагонів у русі, під час розробки плану формування одногрупових поїздів. Методика. Проаналізовані наявні методи розробки плану формування поїздів й основні напрямки його оптимізації на сучасному етапі. Розроблені формули для розрахунку критерію економії витрат під час прямування вагонів і локомотивів у наскрізних поїздах. Результати. На прикладі ряду залізничних ділянок Білоруської залізниці була досліджена наявність залежності між дільничною швидкістю поїзда і його категорією. Отримані результати дозволили зробити висновок про те, що в загальному випадку дільнична швидкість наскрізних поїздів вища, ніж у дільничних поїздів. При цьому інтенсивність руху і пропускна здатність ділянки впливають на різницю між дільничними швидкостями поїздів різних категорій.. На прикладі залізничного напрямку, на якому розташовані чотири сортувальні станції, виконано розробку плану формування одногрупових поїздів із використанням традиційних методів та застосуванням запропонованого критерію. Відзначено, що використання запропонованої методики розробки плану формування поїздів може забезпечити значну економію експлуатаційних витрат за рахунок прискорення пропуску вагонопотоків по залізничних ділянках. Наукова новизна. У роботі запропоновано використовувати під час розробки плану формування поїздів новий додатковий параметр – критерій економії витрат у випадку прямування вагонів і локомотивів у наскрізних поїздах. Указано, що застосування зазначеного критерію дозволяє обґрунтувати виділення в самостійні призначення окремих струменів вагонопотоків, які в разі використання традиційних методів розрахунку плану формування були б визнанi економічно невигідними. Автори виконали аналіз впливу таких чинників, як склад поїзда, довжина ділянки і потужність струменя вагонопотоку на економію витрат у випадку використання пропонованого параметра. Практична значимість. Отримані результати можуть бути використані під час розробки плану формування поїздів, що забезпечить економію експлуатаційних витрат, пов’язаних із перебуванням вагонів і локомотивів у русі.

Ключові слова: план формування поїздів; струмінь вагонопотоків; дільнична швидкість; економія витрат; дільничні поїзди; наскрізні поїзди

V. Y. NEGREY^1*, K. M. SHKURYN^2*

^1*Dep. «Transport Nodes», Belarusian State University of Transport, Kirov St., 34, Gomel, Republic of Belarus, 246022,
tel. +37 (529) 625 75 87, e-mail vjanegrey@gmail.com, ORCID 0000-0002-1857-4980
^2*Minsk Division of the Belarusian Railway, Sverdlov St., 28, Minsk, Republic of Belarus, 220030,
tel. +37 (529) 238 88 87, e‑mail nodntiv1@rambler.ru, ORCID 0000-0003-2800-433X

SYNERGETIC APPROACH TO THE CALCULATION

OF ONE-GROUP TRAIN FORMATION PLAN

Purpose. The research aims at the analysis of the possibility of using in the development of one-group train formation plan the criterion, which allows to consider the costs associated with the movement of cars and locomotives. Methodology. The existing methods for development of train formation plan and current directions of its optimization are analyzed. The formulas for calculating the cost-saving criterion for running cars and locomotives in through-trains have been developed. Findings. The dependence between the service speed and the category of train was analyzed on the examples of railway sections of the Belarusian Railways. The obtained results allowed to conclude that, in general, the service speed of through-trains is higher than that of local trains. At the same time, the traffic intensity and section capacity affect the difference between the service speeds of trains belonging to the different categories. The one-group train formation plan was developed using the traditional methods and the proposed criterion on the example of the railway direction, where four marshalling yards are located. The use of the proposed methodology for the development of train formation plan can provide significant savings in operating costs due to the acceleration of the passing of the car through the railway sections. Originality. The use of the additional parameter in the development of train formation plan – «the criterion of cost saving when running of rolling stock in through-trains» – is proposed. It is shown that the application of this criterion makes it possible to substantiate the creation of separate assignments of some car-streams, while these car-streams would be considered as unprofitable, when using traditional methods of the calculation of train formation plan. The authors analyzed the influence of such factors as the train composition, the length of the railway section and the car traffic volume on the cost savings by using the proposed criterion. Practical value. The obtained results can be used in the development of the train formation plan, which will save the operating costs connected with the movement of cars and locomotives.

Key words: train formation plan; cat stream; service speed; cost saving; local trains; through-trains

REFERENCES

1. Abramov, A. A. (2001). Upravlenie ekspluatatsionnoy rabotoy (Vol. 1-3). Moscow: Rossiyskiy gosudarstvennyy otkrytyy tekhnicheskiy universitet putey soobshcheniya. (in Russian)

2. Bodyul, V. I., & Feofilov, A. N. (2016). Concept of rational management of car fleet of rolling stock operators and information technology for its implementation. Vestnik nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 75(1), 46-52. (in Russian)

3. Saybatalov, R. F., & Borodin, A. F. (2014). Vagonnyy park, infrastrukturu i upravlenie dvizheniem – k obshchemu znamenatelyu. Zheleznodorozhnyy transport, 11, 26-34. (in Russian)

4. Doroshko, S. V. (2010). Adaptivnaya sistema organizatsii vagonopotokov. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, 34, 39-45. (in Russian)

5. Kovalev, V. I. (2002). Organizatsiya vagonopotokov na seti zheleznykh dorog Rossii v usloviyakh reformirovaniya otrasli. St. Petersburg: Vybor. (in Russian)

6. Levin, D. Y. (2017). Organization of Car Flows in Market Conditions. World Transport, 4(71), 178-192. (in Russian)

7. Negrey, V. Y., & Shkuryn, K. M. (2016). Razvitie metodov analiza perevozochnogo protsessa. Vestnik BelGUTa: Nauka i transport, 2(33), 23-25. (in Russian)

8. Nekrashevich, V. I., & Apattsev, V. I. (2004). Upravlenie ekspluatatsiey lokomotivov. Moscow: Rossiyskiy gosudarstvennyy otkrytyy tekhnicheskiy universitet putey soobshcheniya. (in Russian)

9. Osminin, A. T. (2000). Ratsionalnaya organizatsiya vagonopotokov na osnove metodov mnogokriterialnoy optimizatsii. (Dissertatsiya doktora tekhnicheskikh nauk). Samara State Transport University, Samara. (in Russian)

10. Pravdin, N. V., Dykanyuk, N. L., & Negrey, V. Y. (1987). Prognozirovanie gruzovykh potokov. Moscow: Transport. (in Russian)

11. Pulatov, P. N. (2018). Koordinatsiya tekhnologii ekspluatatsionnoy raboty zheleznoy dorogi Respubliki Tadzhikistan i organizatsii vagonopotokov v mezhdunarodnom soobshchenii. Vestnik nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 4 (77), 211-217. (in Russian)

12. Gruntov, P. S., Dyakov, Y. V., Makarochkin, A. M., & Gruntov, P. S. (Ed). (1994). Upravlenie ekspluatatsionnoy rabotoy i kachestvom perevozok na zheleznodorozhnom transporte: Uchebnik dlya vuzov. Moscow: Transport. (in Russian)

13. Fedorov, Y. A. (2018). Metodologicheskie osnovy realizatsii planov formirovaniya poezdov perevozchikov v grafike dvizheniya poezdov na poligone infrastruktury. Vestnik nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta, 2 (77), 92-97. (in Russian)

14. Shapkin, I. N., & Vdovin, A. N. (2013). Na osnove imitatsionnogo modelirovaniya. Zheleznodorozhnyiy transport, 3, 37-41. (in Russian)

15. Shapkin, I. N., Yusipov, R. A., & Kozhanov, Y. M. (2007). Normirovanie i prognozirovanie na zheleznykh dorogakh (metody, algoritmy, tekhnologii, raschety). Moscow: Institute of Social and Political Studies of the Russian Academy of Sciences (ISPR RAS). (in Russian)

16. Shkuryn, K. M. (2017). Sistemnyy podkhod k optimizatsii plana formirovaniya poezdov. Vestnik BelGUTa: Nauka i transport, 1(34), 61-64. (in Russian)

17. Butko, T., Prokhorov, V., & Chekhunov, D. (2017). Devising a method for the automated calculation of train formation plan by employing genetic algorithms. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies,
    1(3(85), 55-61. doi: 10.15587/1729-4061.2017.93276 (in English)

18. Chen, C., Fang, H., & Xue, F. (2012). Model and Algorithm of the Car-to-Block Assignment Plan on Railway Network. ICLEM 2012. doi: 10.1061/9780784412602.0009 (in English)

19. Jacob, R., Márton, P., Maue, J., & Nunkesser, M. (2010). Multistage methods for freight train classification. Networks, 57(1), 87-105. doi: 10.1002/net.20385 (in English)

20. Bohlin, M., Gestrelius, S., Dahms, F., Mihalák, M., & Flier, H. (2016). Optimization Methods for Multistage Freight Train Formation. Transportation Science, 50(3), 823-840. doi: 10.1287/trsc.2014.0580 (in English)

21. Michal, G., Huynh, N., Shukla, N., Munoz, A., & Barthelemy, J. (2017). RailNet: A simulation model for operational planning of rail freight. Transportation Research Procedia, 25, 461-473. doi: 10.1016/j.trpro.2017.05.426 (in English)

22. Xiao, J., & Lin, B. (2016). Comprehensive optimization of the one-block and two-block train formation plan. Journal of Rail Transport Planning & Management, 6(3), 218-236. doi: 10.1016/j.jrtpm.2016.09.002 (in English)

23. Yaghini, M., Momeni, M., & Sarmadi, M. (2015). A hybrid solution method for fuzzy train formation planning. Applied Soft Computing, 31, 257-265. doi: 10.1016/j.asoc.2015.02.039 (in English)

Поступила в редколлегию: 12.06.2018

Принята к печати: 02.10.2018

doi 10.15802/stp2018/ © В. Я. Негрей, К. М. Шкурин, 2018