| Код | 214316 | ||
| Дата создания | 2017 | ||
| Страниц | 62 ( 14 шрифт, полуторный интервал ) | ||
| Источников | 17 | ||
| Изображений | 36 | ||
|
Файлы
|
|||
|
Без ожидания: файлы доступны для скачивания сразу после оплаты.
Ручная проверка: файлы открываются и полностью соответствуют описанию. Документ оформлен в соответствии с требованиями ГОСТ.
|
|||
Актуальность исследования. За последние несколько десятилетий вся система управления логистическими цепочками и их планирования изменилась до неузнаваемости. Разумеется, одной из ключевых причин этих перемен является колоссальный прорыв в области информационных технологий. Достижения последних лет открывают невероятные возможности для повышения качества и скорости любых перевозок, а также минимизации связанных с ними расходов. Информационные технологии, а в частности имитационное моделирование являются поистине безграничным источником технических решений для любых логистических систем. На сегодняшний день, такой гигант, как «Российские железные дороги» только начинает процесс внедрения имитационного моделирования в свою работу. А это значит, что подобная работа могла бы продемонстрировать эффективность данного подхода железнодорожной логистике.
В данной конкретной работе будет рассматриваться работа участка главной железной дороги России – Октябрьской. Соединяющая «две столицы», дорога простирается от Москвы до самой норвежской границы. Окутывая паутиной Тверскую и Новгородскую области, она также заглядывает в соседнюю Ярославскую, обеспечивая железнодорожное сообщение древнего города Углич с остальной Россией. На западе же её ветки уходят глубоко на территории Литвы, Эстонии и Белоруссии, суверенных государств, на момент строительства Октябрьской, являвшихся частями одной, огромной страны. Разумеется, ключевое значение имеет участок – «Морской порт Санкт-Петербург – Москва». Колоссальный грузовой поток ежедневно проходит по этому маршруту. Дешевизна и грузоподъёмность водного транспорта делают его в высшей степени привлекательным для импортёров. Многие и многие тонны товаров из стран Латинской Америки, Северной Африки и Европы отгружаются в санкт-петербургском порту, чтобы отправиться в столицу.
Стоит отметить, что далеко не все эти товары предназначены для реализации в Москве и в Московском регионе, и наверняка существуют более совершенные пути их доставки к потребителям. За частую, такие перевозки не оптимальными путями происходят по вине локальных логистических компаний, имеющий головной офис и центр распределения в столице, и филиалы в регионах. В таком случае возможна ситуация, когда отправленный из Хабаровска в близлежащий Владивосток груз, будет сначала доставлен в Москву и оттуда переадресован во Владивосток. Но это уже тема для совершенно отдельного исследования.
Степень проработанности темы исследования. Имитационному моделированию и управлению логистическим ресурсами посвящено большое количество работ как отечественных, так и зарубежных ученых. В их как числе: Р. Шеннон [1], К. Льюис [2], С. Робинсон [3], А.Н. Стерлигов [4], В. И. Сергеева. В частности, описываемая в первой главе, работа литовских учёных из вильнюсского университета, К. Балсиса и Д. Эйдукаса.
Тем не менее огромное количество теоретических методических проблем, связанных, в том числе, с развитием и совершенствованием использования метода имитационного моделирования при оценке эффективности железнодорожных логистических систем, требуют проведения дальнейших исследований. Например, подробная модель движения грузового поезда с учётом его, напрямую зависящих от массы, ускорения и торможения, позволит оценить реальное время движения такого состава. А наглядная визуализация, выявить и исключить простои, в которых не имеется крайней необходимости. Максимизация пропускной способности путей, особенно если речь идёт о многокилометровых участках вообще является достаточно популярной темой, поднимаемой в большом количестве современных источников. Однако, работ, напрямую применяющих методы имитационного моделирования для решения задач такого рода, для Российских железных дорог на данный момент нет.
Целью выпускной квалификационной работы являлась постройка имитационной модели, воспроизводящей движение грузовых поездов на конкретном, отдельно взятом участке. И выявление оптимальных вариантов движения товарных поездов. Т.е. непросто нахождение наибольшего возможного количества составов для этой ветки, а поиск возможностей для движения с постоянной крейсерской скоростью. На сегодняшний день, использование технологий моделирования позволяет с высокой точностью прогнозировать результаты тех или иных действий, даже в такой непростой области как железнодорожная логистика, и избежать применения пагубного и дорогостоящего метода «проб и ошибок», как это происходит с такими объектами как омское метро, проект которого, «перекраивается от и до» едва ли не каждые несколько лет. Признаваемое то жизненно необходимым, то откровенно нерентабельным оно строится вот уже почти тридцать лет. Пока что, начатое в 1986ом году, строительство подарило городу одну единственную станцию, функционирующую в качестве подземного перехода [5].
Ключевой вопрос, на который призвано отвечать моделирование, как наука – «Что будет если?». При построении модели в ходе выполнения выпускной квалификационной работы, в первую очередь во внимание были приняты такие факторы как – ускорение, торможение, погрузка и разгрузка. Факторы, не играющие столь существенной роли при работе с поездами пассажирскими. В то время как, даже на таком загруженном участке железнодорожной сети, как рассматриваемый зачастую одни и те же пути используются как товарными, так и пассажирскими поездами. А значит при расчёте пропускной способности товарных поездов на ветке, действующее расписание пассажирских должно накладываться как ограничивающее условие. К сожалению, возможности, сопоставить расписание, рассчитанное при помощи, построенной в AnyLogic модели с реальным расписанием движения товарных поездов нет, так как оно является коммерческой тайной РЖД.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
Объектом исследования является участок Октябрьской железной дороги, и расположенный на нём, железнодорожный узел «Решетниково». (см. Приложение В).
Предметом исследования являются пропускная способность железнодорожного участка и действующее расписание пассажирских поездов для него.
Научная новизна исследования состоит в использовании инструмента имитационного моделирования для совершенствования железнодорожной логистической системы.
Структура и объем выпускной квалификационной работы:
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и 6-ти приложений. Работа представлена на 62 страницах.
Во введении представлена общая характеристика исследования: обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи, охарактеризованы исследуемые объект и предмет, определена научная новизна работы.
В первой главе проанализированы существующие методы системного моделирования и применение моделирования имитационного для совершенствования логистической системы.
Во второй главе описываются особенности поставленной задачи описывается подход к её решению, а также использованное при этом программное обеспечение и его интерфейс.
В третьей главе представлена разработанная имитационная модель участка ветки, приведены собранные данные об особенности движения поездов на ней. Подробно описана работа модели, характер проводимых экспериментов и их результаты. На базе полученных результатов предложены оптимизационные решения.
В заключении подводятся итоги проведённого исследования, изложены основные выводы и результаты выпускной квалификационной работы. Описаны перспективы её дальнейшего развития.
1.1 Методы системного моделирования
Само понятие моделирования, как построения детальной, или наоборот частичной копии объекта, с целью изучения его свойств, включает в себя множество разновидностей. В первую очередь, необходимо разделить всё множество существующих моделей на материальные и информационные.
Модели материальные – отражающие физические, геометрические и динамические свойства объекта, могут являться как макетом здания или игрушечной машинкой, так и моделью аналогово приборной, воспроизводящей определённые свойства и характеристики исследуемого объекта. Так или иначе модели материальные всегда имеют реальное воплощение.
При кажущемся, удобстве материальных моделей, поставленные задачи выполняются с помощью построения модели информационной. По той простой причине, что искомые результаты требуют проведения большого количества быстрых тестов, с возможностью воспроизводить одни и те же моменты по несколько раз, корректируя при этом входные данные. Информационное моделирование в свою очередь, включает в себя:
...
1.2 Существующие имитационные модели
Очень близкая по сути своей задача, однако, применительно к оптимизации автомобильного трафика в городе и максимизации пропускной способности улицы, была решена учёными Вильнюсского университета в 2011ом году [6]. В качестве объекта исследования была выбрана улица Короля Миндаугаса (Karaliaus Mindaugo Avenue) в Каунасе, как один из самых загруженных участков в городе. Улица старинного города не была рассчитана на постоянно растущее количество машин, резко увеличившееся с открытием крупного торгового центра поблизости. Чтобы избежать дорогостоящего строительства дополнительных развязок, тоннелей и эстакад, которое к тому же могло бы повредить архитектурному ансамблю исторического центра, был начат поиск иных оптимизационных решений. Для этого была разработана детальная имитационная модель улицы и прилежащих участков (см. рис. 1).
...
2.1 Особенности поставленной задачи
Каждый человек, регулярно пользующийся услугами Российских железных дорог, сталкивался с ситуацией, когда поезд останавливается в паре сотен метров от станции, и не двигается довольно долгое время, до сорока минут. Такие простои связаны с необходимостью пропустить другой состав, более скорый или же более срочный. На протяжении большей части ветки поезда не имеют возможности разминуться. Прокладывать дублирующие рельсы на участках, где пути свободны более 50% времени было бы не рентабельно, также, как и делать «разъезжими» все станции без исключения. Однако с каждым годом неуклонно растут объёмы пассажирских и грузовых перевозок, а значит появляется нужда в совершенствовании уже существующих веток. Темпы роста грузовых перевозок отражены в работе профессора «Дальневосточного государственного университета путей сообщения» В.П. Могилы [6]. (см. приложение А)
...
2.2 Применяемое программное обеспечение
Выбор среды для разработки имитационной модели пал на AnyLogic не случайно. Из всех существующих платформ для имитационного моделирования предпочтение было отдано именно AnyLogic как наиболее удобному для работы с логистическими процессами. Продукт российской компании The AnyLogic Company, бывшей XJ Technologies, зарекомендовал себя как надёжное и многофункциональное приложения для моделирования самых различных процессов.
...
2.3 Интерфейс AnyLogic
Среда разработки AnyLogic является одной из ведущих на сегодняшний день в области имитационного моделирования. Программа не только включает в себя целый ряд готовых шаблонов объектов и агентов, но и позволяет создавать собственные. Языком программирования является JavaScript. Доступные библиотеки, пешеходная, автомобильная, железнодорожная, потоков и процессов, свободно взаимодействуют друг с другом.
...
3.1 Подход к разработке имитационной модели
Как уже было сказано, есть два основных пути приращения товарооборота. Увлечение средней массы поездов, включающее в себя внедрение передовых моделей локомотив, освоение более совершенных конструкций вагонов, создание и использование всё более лёгких и прочных сплавов при изготовлении составов и рельс. Это колоссальная работа тысяч инженеров, конструкторов и металлургов. По этим показателям РЖД не показывает сильного отставания от мирового лидера железнодорожных перевозок – Германии.
...
3.2 Обобщённая модель процесса движения поездов на перегонах участка
Для моделирования движения на протяжении всего участка, его необходимо разделить на перегоны, в качестве которых, берутся известные расстояния между десятью железнодорожными узлами. (см. приложение 3) Как уже было сказано, большие расстояния можно опускать, просто задав задержку, за которую поезд прошёл бы этот не отображённый участок. Перегоны же 5-10км. быстрее и проще изобразить графически при помощи специального инструмента «Ж\д путь» в палитре библиотеки.
...
3.3 Имитационная модель работы железнодорожного узла «Решетниково»
Так же в рамках ВКР была разработана имитационная модель, детально отражающая работу железнодорожного узла. Модели различных узлов, расположенных на одной ветке, могут быть связаны между собой при помощи блока «Delay» из библиотеки моделирования процессов (см. рис. 17), имитирующего задержку при исполнении процесса. Длительность задержки задаётся для каждого типа поезда индивидуально исходя из его скоростных характеристик.
...
3.4 Результаты тестов
Доступное время движения грузовых поездов. На основе смоделированного участка Октябрьской железной дороги, при помощи построенной имитационной модели и доступной информации о движении пассажирских составов, можно вычислить интервалы времени, в которые пути доступны для движения товарных поездов. Например, сопоставив расписание пригородных поездов, проходящих через Решетниково, (см. таблицу 1) и поездов дальнего следования (см. приложение 2), вычисляются интервалы, подходящие для прохождения в них товарного поезда по данному перегону.
...
Таблица 1 - Расписание движения пригородных поездов до станции «Решетниково»
...
Таблица 2 - Расчёт допустимых интервалов движения товарных поездов
...
Таблица 3 - Использование существующих и потенциально платформ для разъезда поездов
...
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе данного исследования была выявлена и проанализирована проблема планирования движения грузовых поездов. Их координации с нуждами предприятий и трафиком пассажирских составов пригородного и дальнего следования.
Были проанализирован ряд подходов предлагаемых научной литературой. В качестве оптимального и отвечающего всем возникающим требованием было выбрано имитационное моделирование.
С использованием данного метода был описан проблемный участок Октябрьской железной дороги и была построена имитационная модель железнодорожного узла «Решетниково». На основе экспериментов были вычислены и протестированы возможные варианты прохождения товарных поездов по участку. Выработаны рекомендации к минимизации простоя железнодорожных путей. Такие как, максимальное использование путей, предназначенных для пригородных пассажирских поездов, в ночное время суток и обеденные перерывы, а также дублирование небольших участков для обгона товарных поездов скоростными.
...
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Таблица А.1 - Динамика протяженности сети железных дорог, грузооборота, средней массы и скоростей движения грузовых поездов
...
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Таблица Б.1 – Расписание движения
...
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Таблица В.1 - Протяжённость рассматриваемых перегонов
...
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Рисунок Г.1 - Вид со спутника на выход к запасным путям станции Решетниково, и последующее сужение основного
...
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Примеры 3D моделей
...
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
Алгоритм прохождения станции «Решетниково» товарными составами
...