Когда пассажир покупает билет на поезд или дремлет на верхней полке, он вряд ли задумывается об огромной работе, проделанной работниками железных дорог по составлению всевозможных графиков (движения, технических осмотров, смены локомотивов и локомотивных бригад, заправки водой и топливом, и т.д.), исполнение которых обеспечивает его поездку.
Жизнь по расписанию
Составление графиков и расписаний – задача непростая. В некоторых вузах будущим IT-специалистам предлагают написать программу по составлению расписания занятий. Десятки изучаемых предметов, сотни преподавателей, студенческих групп, аудиторий… И вдруг оказывается, что «грубой силой» — перебором всех вариантов – решить задачу абсолютно невозможно. Количество вариантов астрономическое. Преподаватели используют эту задачу для выработки правильного отношения к профессии. Нужно изучить задачу, выявить требования (типа «преподаватель не может одновременно вести два занятия в разных аудиториях»), критерии (желательно иметь меньше «дырок» в занятиях и меньше перемещаться из конца в конец института к следующей паре) и, по возможности, разложить задачу на подзадачи, не требующие перебора всех вариантов.
Любой из графиков, предназначенный для обеспечения пассажирских перевозок, по сложности значительно превосходит учебное расписание. Наиболее важный из них — график движения поездов. Железнодорожная сеть включает десятки тысяч перегонов и остановочных пунктов. По ним ежедневно ходят тысячи поездов. Для составления расписания движения поезда (например, Москва-Владивосток) нужно текущее состояние всех перегонов на маршруте и весь набор поездов, которые нужно пропустить по этим перегонам. Централизованно составить графики движения всех поездов невозможно, поэтому задачу разбивают на локальные подзадачи. Для всей совокупности поездов определяют моменты пересечения границ дорог, после чего составление графиков передается на дороги.
Воплощение в жизнь разработанного графика движения поездов обеспечивается графиками работы подвижного состава, станций, бригад, и т.д. Между двумя одинаковыми рейсами состав поезда совершает серию из различных поездок (или как минимум из двух: туда и обратно). Рабочий цикл от начала движения первым рейсом и до момента отправки в следующий такой же рейс называется оборотом состава, а перечень рейсов в этом цикле и очередность их выполнения называется графиком оборота.
От правильности составления графика оборота составов зависит не только возможность реализации запланированного графика движения поездов, но и количество необходимого подвижного состава. Предположим состав, выполняющий простой оборот «туда-обратно», отправляется в путь утром, а возвращается обратно через сутки (тоже утром или днем). Снова отправиться в путь он сможет только утром следующего дня. Т.е. полный оборот у него занимает трое суток. Если поезд ежедневный, то для обеспечения «ежедневности» потребуется три состава поездов. В то же время, если с этой же станции вечером отправляется другой ежедневный поезд, который возвращается вечером через сутки (т.е. его полный оборот также составляет трое суток и тоже требуется три состава), то для этих двух поездов можно применить «сложный оборот». Т.е. первый состав не держать на станции до утра следующего дня, а отправить его вечерним рейсом в этот же день. Тогда полный оборот состава, выполняющего поочередно разные рейсы туда и обратно, составит, как нетрудно видеть, пять суток. Т.е. при такой организации работы для тех же двух ежедневных поездов потребуется не шесть, а лишь пять составов. Покупка вагонов на один состав составляет около 300 млн. рублей. Такова цена вопроса.
Для пригородного движения размер и сложность задач разработки графика оборота еще больше. Дело в том, что пригородные рейсы короче (за один день электричка делает несколько рейсов), но рейсов много (несколько сотен в день для крупного московского вокзала). Отметим, что график оборота пригородных поездов определяет не только потребность в подвижном составе и локомотивных бригадах, но и существенно влияет на надежность исполнения всех графиков. Если электропоезд, прибывший на станцию, отправить в рейс, который начинается через 10 минут, то любое опоздание электропоезда на эту станцию может порождать дальнейшие опоздания по отправлению. Напротив, если отправить его слишком поздним рейсом, то могут оказаться невыполненными некоторые более ранние рейсы. Кроме того, на станции может не оказаться свободных путей для принятия вновь прибывающих поездов.
Но даже если количества станционных путей достаточно для обеспечения всех запланированных поездок, работа станции может быть блокирована большим количеством поездов, прибывающих и отправляющихся через узкую станционную горловину. Все прибывающие поезда входят в горловину только с определенного главного пути, например, с четного, а отправляющиеся выходят только на нечетный. Стоять же они могут на любом из приемо-отправочных путей. Неправильная расстановка поездов по станционным путям чревата так называемыми «враждебностями» в горловине, когда движение выходящего поезда «скрещивается» с движением входящего. Конечно, крушения в таких ситуациях при современном уровне автоматики исключены, но срыв графика движения поездов обеспечен. Поэтому заранее составляется график занятия станционных путей, предусматривающий расстановку составов по путям таким образом, чтобы избежать «враждебностей» даже в случае небольших опозданий прибывающих и/или отправляющихся поездов.
Перечисленные графики – движения, оборота и занятия путей – являются важнейшими технологическими документами, определяющими работу любого крупного пассажирского узла. Но, не смотря на их важность, уровень автоматизации их подготовки, до сих пор крайне низок. Во многих случаях графисты (сотрудники, составляющие графики) чертят графики вручную, используя карандаш, ватман и ластик! Поскольку графисты не в силах просчитать в уме огромное множество возможных вариантов, то, как правило, принимаются простые решения, годами кочующие из одного графика в другой. В итоге, ни о какой оптимизации графиков или повышении их устойчивости к сбоям – и речи быть не может.
Ситуация усугубляется еще тем, что графики составляются на разных предприятиях, имеющих различное подчинение. График движения составляется в отделении дороги, после чего передается в моторовагонные депо для составления графика оборота, который затем поступает на станцию, где инженер-технолог готовит график занятия путей. Взаимодействие между различными предприятиями усложнено как административными барьерами, так и отсутствием единого информационного пространства
Первые шаги
Первыми попытками автоматизировать рабочие процессы предприятий пассажирского узла стала разработка и опытное внедрение отдельных автоматизированных рабочих мест (АРМ), автоматизирующих формирование и оперативную корректировку наиболее важных графиков работы узла. Вначале был разработан и внедрен в опытную эксплуатацию в депо им. Ильича на Московской дороге АРМ Графиста-оборотчика (АРМ ГО). Результатом этого внедрения стали повышение уровня организации технологических процессов и значительное сокращение сроков разработки графиков оборота и их оперативной корректировки.
Кроме того, использование АРМ ГО позволило сократить потребный парк вагонов и локомотивов, штат локомотивных и ремонтных бригад за счет оптимизации обращения поездов и графиков работы. Например, при составлении летнего графика 2002 года в депо Железнодорожное Московской дороги с помощью АРМ ГО было высвобождено два маршрута и ликвидированы непроизводительные простои локомотивных бригад.
Вторым шагом на пути автоматизации было создание и внедрение на ряде пассажирских станций Московского узла АРМ «Разработки графика занятия путей» (АРМ ГЗП), что позволило в десятки раз сократить сроки формирования как самих графиков занятия путей, так и других технологических документов: телеграмм об изменениях в работе станции, расписаний для дежурного по станции и др. Есть и другие примеры эффективного использования АРМ ГЗП. Так, например, при реконструкции участка Москва-Ярославская — Мытищи, связанной с организацией скоростного пригородного движения, применение автоматизированной системы составления суточного плана-графика позволило выявить чрезмерную загруженность III главного пути, проходящего через прилегающие станционные парки и выдать рекомендации по прокладке нового транзитного пути в обход парков.
Опытная эксплуатация новых АРМов продемонстрировала, что качество принимаемых решений и сроки подготовки технологических документов улучшаются до уровня, недостижимого при традиционной «ручной» технологии. При этом сами АРМы не являются автоматом, выдающим решения на основе формальных моделей, но состоит из набора инструментов, позволяющих разработчикам графиков повысить качество работы и быстро находить рациональные решения, которые человек не в состоянии просчитать в уме. В состав обоих АРМов входят различные средства, ниже приведены некоторые из них.
Средства для работы с вариантами графика
В базе данных могут храниться различные варианты графика, как готовые, так и находящиеся на этапе разработки. Имеются операции копирования, удаления, создания новых вариантов. Пользователь может начинать разработку графика на основе существующего, скопировав предыдущий вариант или заново, с чистого листа. В любой момент разработка может быть приостановлена и затем возобновлена с восстановлением текущего состояния. Пользователь может работать одновременно с двумя вариантами графика, переключаться из одного в другой, использовать автоматизированное сравнение вариантов между собой, копировать часть объектов из одного варианта в другой.
Средства автоматизированного контроля и визуализации конфликтных ситуаций
При составлении суточного плана-графика выявляются следующие конфликтные ситуации: враждебность маршрутов поездов в горловине, нарушение специализации путей, превышение количества вагонов в составе поезда по отношению к емкости пути, пересечение стоянок поездов на одном пути по времени. В любой момент, кроме визуальной индикации конфликтных ситуаций, можно получить подробный отчет о конфликтных ситуациях с детальной расшифровкой причин. Аналогично, для графика оборота проверяется возможность следования поездов друг за другом, отправления со станции ночевки и прибытия на нее, проверяется правильность размещения поездов, фиксированных разработчиком графика. При создании нового графика, на основе действующего могут отображаться их различия. Дополнительно, может проверяться превышение емкости станционных путей, совпадение количества приходящих и уходящих поездов по каждой станции, в том числе со смежными графиками.
Операции, которые приводят к конфликтам, системой не запрещаются и пользователь может работать в привычной для него манере, оценивать текущее состояние, анализировать и делать выбор следующего шага, постепенно устраняя проблемы, и при необходимости возвращаться на некоторое количество шагов назад.
Вспомогательные “ручные” операции
Для графика занятия путей существуют «ручные» операции переноса стоянок составов по путям, отвода поездов в парки отстоя, перевязки оборотов поездов. Для графика оборота — это операции по переносу поездов с маршрута на маршрут и операции по редактированию смен работы локомотивных бригад (времен начала и конца работы и отдыха и т.д.).
Автоматические расчеты
Для графика занятия путей реализована автоматизированная последовательная расстановка стоянок поездов по путям, при этом предусмотрена возможность управления процессом расчета с помощью фиксации отдельных стоянок, выбор критериев оптимизации. Основными критериями расчета являются враждебность маршрутов, специализация путей, емкости (в вагонах) станционных путей, пересечение стоянок поездов по времени. Рис.2. Интерфейс для выполнения автоматизированной расстановки стоянок поездов
Пользователь может регулировать область действия расчета, выполняя полный глобальный расчет (например, при разработке нового графика) или локальный для устранения конкретных противоречий.
Имеется возможность задавать окна и интервал расстановки для каждого станционного пути и далее запускать алгоритм автоматизированной расстановки с учетом локализации областей расстановки (см. Рис.2). Другим методом локализации является выбор локальной области работы автоматизированной расстановки на основе указания конкретной стоянки поезда для устранения конкретного противоречия. Автоматически определяются стоянки поездов, которые должны участвовать в автоматизированной расстановке (указанная стоянка и стоянки, состоящие в какой-либо конфликтной ситуации с ней, и, кроме того, все стоянки пересекающиеся с ними по времени).
Для автоматизированного расчета графика оборота предусмотрены различные критерии оптимизации (см. Рис.3), например, при серьезной переработке графика можно попытаться уменьшить количество маршрутов или рабочих смен, а при небольшой корректировке графика обеспечить минимальное отклонение от действующего графика.
Средства автоматизированного формирования графика смен локомотивных бригад, позволяют быстро выполнить перебор возможных вариантов мест смены бригад с учетом мест возможной постановки поезда в отстой, возможности ночевок , нормативов на смену бригад, постановку на отстой и прием из отстоя, возможности выполнения технических осмотров.
Средства формирования выходных документов
Подготовка выходных документов полностью автоматизирована. Выходные документы суточного плана-графика, включая печать графиков, расписаний для дежурного по станции и др., автоматически формируются системой на основе данных графика (см. Рис.4).
Средства автоматизированного формирования выходных документов графика оборота включают возможности графической формы представления оборота поездов, представления в виде линейчатого графика, представления в табличном виде – парами поездов, табличное представление графика смен и итоговые табличные формы.
Для оперативной работы по подготовке «окон» и выполнения других текущих изменения графика предоставляются средства автоматизированного формирования телеграмм об изменениях в графике занятия станционных путей. Аналогичные средства предусмотрены для выходных телеграмм об изменении графика оборота.
Перспективы развития
До настоящего времени попытки автоматизации предприятий пассажирского комплекса были направлены на разработку решений для определенных задач и не предусматривали необходимость автоматизации всех предприятий пассажирского узла и создания единой информационной системы. Проведя научно-исследовательскую работу, отдел информационно-аналитических приложений компании «ИнтэлЛекс» вплотную подошел к созданию единой полнофункциональной системы под условным названием АСУ «Пассажирский узел», способной объединить задачи всех предприятий пассажирского узла в единый комплекс.
АСУ «Пассажирский узел» предназначена для комплексной автоматизации решения основных технологических задач организации пассажирских перевозок в крупном пассажирском узле и включает подсистемы автоматизированного составления и оперативной корректировки суточных планов-графиков работы пассажирских и технических станций, графиков движения и оборота пригородных электропоездов, графиков работы локомотивных бригад. Основной принцип АСУ — автоматизация всего процесса принятия решений от ввода исходной информации до формирования выходных документов, включая анализ ситуации, поиск и анализ решений. Пользователям будет предоставлен набор автоматизированных средств, максимально соответствующих традиционным операциям и этапам работы технологов.
Например, для автоматизации рабочих процессов по организации пригородного движения, предлагается включить в состав АСУ «Пассажирский узел» автоматизированное рабочее место составления и оперативной корректировки графиков движения пригородных поездов (АРМ «График движения пригородных поездов» – АРМ ГДПП) для графистов Дирекций по обслуживанию пассажиров в пригородном сообщении. Технология предусматривает выделение разработки графика движения пригородных поездов в отдельный вид работы, которая выполняется не графистом отделения дороги, а работниками пригородных Дирекций. Отделение дороги передает в пригородную Дирекцию график с проложенными грузовыми и дальними пассажирскими поездами. После прокладки пригородных ниток графика, увязки их в оборот и согласования с графиком занятия приемо-отправочных путей, график движения с в включенными в него пригородными поездами возвращаются в отделение дороги для использования и включения в общесетевой график движения поездов (ГДП). АРМ ГДПП должен обеспечивать полную интеграцию ГДПП с общесетевым графиком движения поездов ГДП. Для этого в АРМ ГДПП будут включены функции импорта/экспорта, обеспечивающие обмен данными с ГДП.
Наряду с этим должны быть переработаны и включены в состав единой АСУ и другие АРМы, ранее апробированные на предприятиях московского узла – АРМ ГО и АРМ ГЗП. Все АРМы предлагается разработать на единых принципах функционирования, с использованием общей базы в составе единой автоматизированной системы, предназначенной для работы, как в локальной сети, так и в сети передачи данных ОАО «РЖД». Внесение изменений в любой из графиков при их корректировке или разработке «окон» немедленно будет отражено во всех связанных с ним других графиках, расписаниях и иных технологических документах.
Наличие объединенной автоматизированной системы обеспечит качественное и эффективное решение задач по организации технологического процесса в пассажирском узле, при этом исключается возможность ошибки, связанной с несоответствиями между графиками движения поездов, оборота, работы локомотивных бригад, пассажирской и технической станций и расписаниями движения поездов.