Принципы комплексного подхода к управлению, технологии и развитию транспортных систем

Железнодорожные транспортные системы - участки, направления, по­лигоны сети железных дорог, узлы, технические станции (грузовые, участковые, пассажирские, сортиро­вочные), депо и т.д. являются си­стемами большой размерности. Они состоят из сложных подсистем, обеспечивающих управление, техно­логию работы, взаимосвязь и взаи­модействие друг с другом.

Эти регулярные во времени и пространстве взаимодействие и вза­имозависимость определяются сущ­ностью транспортного процесса и регулируются общесистемными нормативно-технологическими до­кументами - планом формирования поездов для всей сети железных до­рог и ее направлений, графиком дви­жения пассажирских и грузовых по­ездов, регламентирующим время отправления, приема и пропуска всех категорий поездов по всем станциям железнодорожной сети. Особенно важно и практически бо­лее сложно обеспечить ритмичность работы и регулярное взаимодейст­вие в оперативных условиях работы в реальном масштабе времени, ког­да поездопотоки в отдельные пери­оды суток поступают сгущенно, не­равномерно, имеют разную струк­туру: пассажирские поезда различ­ных категорий, грузовые поезда, поступающие в переработку, груп­повые поезда, ускоренные, поезда повышенной (по отношению к гра­фиковой) массы и длины и т. д.

При разработке сетевого плана формирования в отдельно рассмат­риваемую систему включают боль­шие железнодорожные направления и полигоны, в которые входят крупные сортировочные, грузовые и дру­гие типы станций. Расчленение сети железных дорог на отдельные на­правления (декомпозиция системы слишком большой размерности на меньшие системы) связано с обеспе­чением практической возможности решения задачи. Расчленение сети на направления осуществляется также

при разработке схемы прокладки пассажирских поездов дальнего сле­дования. Дальнейшую разработку графика движения всех категорий поездов выполняют уже после декомпозиции железнодорожного направления на участки, т. е. размер­ность системы вновь понижается, а график движения поездов разра­батывается с учетом взаимодейст­вия с технологией сортировочных и участковых станций, ограничиваю­щих участок. Разработка технологи­ческих процессов крупных станций осуществляется с учетом взаимодей­ствия с прилегающими участками. Эти станции тоже расчленяются на технологические линии, взаимосвя­занные подсистемы.

Понижение размерности систе­мы, выделение ее конкретных гра­ниц, с одной стороны, связано с необходимостью более детальной проработки вопросов управления, технологии, расчета мощности уст­ройств, с возможностью примене­ния тех или других математических методов, с другой стороны, всегда есть опасность неполного учета влияния сопредельных (внешних) си­стем, учитывая, что транспортный процесс имеет непрерывный, поточ­ный характер. Недостаточный учет этого влияния может вызвать и не­редко вызывает на практике так на­зываемые диспропорции в мощ­ностях – разме-рах пропускных и пе­рерабатывающих способностей со­прикасающихся взаимосвязанных систем и подсистем - «станция -участок», «участок - станция», «же­лезнодорожное направление - сты­ковая станция - железнодорожное направление» и т.д.

Правильное выделение системы, ее декомпозиция на подсистемы меньшей размерности, учет взаимо­действия их работы является пер­вым исходным принципом систем­ного подхода в решении задач управления, технологии, развития транспортных систем. При этом вы­деленный из общей системы объект испытывает непосредственное влия­ние извне и сам оказывает влияние на внешние по отношению к нему системы. В свою очередь, выделен­ный объект (подсистема) должен об­ладать признаком функциональной целостности.

Вторым признаком системного подхода является расчет нагрузки на систему и её обоснование. Для транспортных систем в качестве на­грузки выступают транспортные по­токи, погрузка, выгрузка и другие характеристики объема транспорт­ной работы.

Следующим принципом систем­ного подхода в инженерной прак­тике является разрa6oткa вoпрoсoв управления транспортными подразделениями. Этот принцип подразде­ляют на две составляющие: управление оперативной деятельностью в реальном масштабе времени (это управление реализует диспетчерский аппарат и другой оперативный пер­сонал станции, отделений, дорог) и управление развитием системы для обеспечения освоения заданной нагрузки с поиском наилучших тех­нических, технологических парамет­ров, показателей надежности и без­опасности работы и в конечном ито­ге наилучших экономических пока­зателей и прибыли. Здесь уже речь идет об усилении мощности стан­ции, депо, железнодорожного узла, линии (усилении пропускной и пере­рабатывающей способности) за счет использования научно-технического прогресса, инженерно-проектных ре­шений, передовой технологии, пере­довых способов работы, прогрес­сивных материалов, оборудования современных средств электронно-вычислительной техники и т. д.

Поиск наилучших решений в развитии мощности систем невозможен без многовариантности возможного развития. Так, например, развитие однопутного участка может осу­ществляться разными способами: сооружением вторых главных путей на отдельных перегонах, сооруже­нием сплошного второго главного пути (двухпутная линия), использо­ванием различных по мощности теп­ловозов или электровозов (электри­фикация линии), использованием различных систем автоматики, длин приемо-отправочных путей и т.д. Каждый вариант будет давать раз­личные технические и экономические показатели работы: например, раз­личные интервалы между поездами, скорости движения, потребности в рабочем парке локомотивов и ва­гонов и т.д. Эти параметры назы­вают управляющими переменными, поскольку они характеризуют вари­анты управления развитием систе­мы. В свою очередь, различные управляющие переменные вызыва­ют неодинаковые итоговые показа­тели: надежность работы Р_х, Р₂, Р_ъ, ..., Р_п, себестоимость продукции е₁, e₂, e₃, ..., е_п и т.д. Эти итоговые показатели, зависящие от вариантов развития (управляющих перемен­ных) и нагрузки на систему, назы­вают фазовыми переменными f₁, f₂,…, f_n.

Каждый из принятых вариантов управления развитием системы В₁, В₂, В₃, ..., В_п должен обеспечивать освоение заданной нагрузки, напри­мер, пропуск расчетного числа пас­сажирских, пригородных, грузовых поездов. Тот вариант, который не обеспечивает освоения расчетной на­грузки, исключается из рассмотре­ния как неконкурентоспособный.

Еще одним принципом систем­ного подхода к разработке способов увеличения мощности транспортных и других объектов является учет ограничений на варианты развития. Такими ограничениями могут быть качество и стоимость земли, эколо­гические требования (газотурбинная тяга исключается в связи с чрезмерным шумом), капиталовложения (вариант, превышающий имеющие­ся капиталовложения, не принимает­ся) и т.д.

Заключительным принципом си­стемного подхода к разработке спо­собов развития железнодорожных и других объектов является установ­ление комплексного (общесистемно­го) критерия, с помощью которого осуществляется сравнение и выбор принятых вариантов. Такими крите­риями, как правило, являются эко­номические показатели с дополни­тельным учетом всех сопутствую­щих факторов, которые не всегда формализованы и непосредственно учитываются в расчетах. Имеется п вариантов, выбор лучшего (опти­мального из числа сравниваемых) осуществляется по максимуму кри­терия, если, например, в качестве критерия принят доход (прибыль) от работы системы (система исследует­ся на максимум), или по минимуму, если в качестве критерия сравнения выбран минимум приведенных рас­ходов (система исследуется на ми­нимум). Могут рассматриваться и другие критерии.

В общем виде критерий выбора варианта развития (оптимума) мож­но представить:

где к, е, т-число различных управляю­щих переменных; r, t, g - то же фазовых переменных; N_nc, N_npиг, N_гр -расчетное число пассажирских, пригородных, грузовых поездов (для систем, в которых нагрузкой является поездопоток); j- чис­ло дополнительных, как правило, стои­мостных параметров.

Кроме оптимального рассматри­ваются другие, близкие к нему ва­рианты, один из которых может быть принят, если дает не учиты­ваемый в расчетах экономический, эргономический или иной эффект.

Оперативное управление и управ­ление развитием транспортной си­стемы тесно взаимосвязаны: в слу­чаях отставания развития от роста объема работы, достижений научно-технического прогресса и передово­го опыта работы оперативное управление усложняется, система начинает работать со сбоями, за­держками пропуска поездопотоков. Ответственность за развитие транс­портных объектов лежит на соответ­ствующих руководителях подразде­лений железных дорог.