С. Шмаль - Комбинаторика путевого развития горочных горловин

© С. Н. Шмаль, 2022

© Е. В. Герасименко, 2022

© А. В. Лазебная, 2022

ISBN 978-5-0056-0320-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

В книге авторы предложили метод расчета всех возможных вариантов схем сортировочных устройств различных мощностей. Расчет производился для сортировочных горок малой мощности, которые имеют ограничение до 16 путей в сортировочном парке. Он основывался на методе триангуляций выпуклых многоугольников, где каждый треугольник представляет собой разделительный элемент (стрелочный перевод), а ребра многоугольника (за исключением нижнего) – пути сортировочного парка. Вычисление графов-деревьев горочных горловин производилось на основе критерия, который накладывают Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах колеи 1520 мм: разница между числом путей в двух частях горочной горловины не должна превышать единицы. На основании предложенного метода расчета авторы в Приложении впервые в проектировочной науке привели все возможные схемы сортировочных горок малой мощности (138 схем). В работе проведен анализ этих схем методом кластеризации (-средних) с целью выявления вариантов с наименьшей длиной, которая обеспечивает рациональные параметры сортировочных горок: конструктивную высоту, величину и длину скоростных уклонов и мощность тормозных средств, необходимую для регулирования скорости скатывания отцепов. В заключении авторы дают предложения проектировщикам при выборе схем проектирования или реконструкции путевого развития сортировочных устройств.

Светлой памяти профессора МИИТа

Шубко Владимира Григорьевича посвящается

19 марта 2019 года правительство Российской Федерации утвердило долгосрочную программу развития ОАО «Российские железные дороги» до 2025 года, в которой предусмотрело переход на «цифровую железную дорогу» с целью обеспечения устойчивой конкурентоспособности компании на основе повышения привлекательности транспортных и логистических услуг. Эти услуги будут предоставляться клиентам за счет применения современных цифровых технологий.

В связи с этим особую актуальность приобрела разработка интеллектуально-программных комплексов «цифровой железнодорожной станции», связанных с техническими средствами и устройствами, обеспечивающими расчет и выполнение технологических операций обработки вагонов и поездов на станции и путях необщего пользования с минимальным участием человека.

По информации [6] с 2019 по 2025 год специалисты НИИАС внедрят ряд программно-аппаратных комплексов на 26 сортировочных станциях ОАО «РЖД». «Проект позволит автоматизировать сортировочные работы, сократить время на их проведение, повысить безопасность и даст существенный экономический эффект в масштабах всей сети». По мнению начальника отдела Ростовского филиала АО «НИИАС» Ольгейзера И. А. создание цифровых двойников горочных сортировочных устройств позволит «быстро смоделировать развитие событий в зависимости от тех или иных факторов, определить потенциальные риски, найти наиболее эффективные режимы работы, выстроить шаги по обеспечению безопасности» [3].

Цифровой двойник предполагается создавать из принципов изоморфизма теории множеств, включающего копию технико-технологических элементов сортировочной горки с помощью информации со всех доступных устройств и датчиков. Пусть O – множество состояний сортировочной горки, а W – множество состояний ее цифрового двойника. Под изоморфизмом понимается взаимно-однозначное отображение элементов одного множества в элементы другого множества. Подобная биекция предполагает совпадение количества элементов этих двух множеств, то есть их равномощность. Графически это представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Взаимно-однозначное отображение состояний

сортировочной горки и ее цифрового двойника

Российские проектировщики решают проблемы цифровизации и интеллектуализации процессов роспуска составов на сортировочных горках с 2001 года. Начальник отделения автоматизации и механизации станционных процессов ОАО «НИИАС» Савицкий А. Г. представил оценку состояния этих проблем на зарубежных сортировочных горках в работе [5]. Специалисты ОАО «НИИАС» занимаются проблемами автоматизации и механизации сортировочных процессов уже более двадцати лет. Они пришли к выводу, что уровень сложности задачи управления сортировочным процессом слишком высок и превышает возможности диспетчера. Поэтому проектировщики разработали электронный помощник, реагирующий на «возникающие непростые ситуации на сортировочных станциях» [2].

Российские ученые внимательно следят за развитием цифровых и интеллектуальных систем роспуска составов на зарубежных сортировочных горках. ОАО «НИИАС» накопил огромный опыт, исследуя горки США, Канады, Германии, Индии, Чехии, Словакии и других стран. Например, горочные сортировочные устройства Германии характеризуются высокой степенью автоматизации, низким уровнем повреждений отцепов и грузов при роспуске, а также организационным и технологическим порядком.

При создании интеллектуальных систем оперативного управления сортировочным процессом остается ряд направлений, где цифровизация может использоваться не для всех процессов. Например, процесс проектирования и реконструкции горочных горловин предусматривает использование цифровых программных продуктов лишь для оценки вариантов продольного профиля спускной части сортировочной горки на этапе принятия окончательного решения. Но целесообразность выбора той или иной схемы конструкции горочной горловины требует не меньшего внимания к их разработке.

В учебном процессе транспортных вузов России студенты эксплуатационных специальностей и направлений используют типовые схемы горочных горловин при разработке курсовых и дипломных проектов, в которых предусматривается реконструкция и переустройство железнодорожных технических станций. Эти схемы они берут из, ставших уже классическими, альбомных учебных пособий [1], которые содержат малое число вариантов конструкций горочных горловин на фиксированное число путей в сортировочном парке. В действительности таких конструкций намного больше и их путевое развитие предусматривает укладку одинакового количества стрелочных переводов. Соответственно, различные конструкции горочных горловин будут иметь различную их длину.