Государственная акционерная железнодорожная компания «узбекистон темир йуллари»

2. Взаимодействие системы расчета плана формирования с 
информационными системами АО «УТЙ»
 
В загрузке сортировочных систем необходимо учесть количество 
перерабатываемых порожних регулировочных вагонов. Для этого с помощью 
«Централизованной системы анализа выполненных вагонопотоков по 
техническим станциям (ДО-17)» выявляются регулировочные порожние 
вагонопотоки, поступившие в переработку на станции. Затем производится 
увеличение обязательной переработки в соответствующих сортировочных 
системах. 
Дальнейшее совершенствование разработки расчетных вагонопотоков 
будет возможно после создания хранилища вагонной модели], что позволит 
более точно учитывать все категории потоков вагонов и поездов. 
Описание программных средств 
Программные средства автоматизированного расчета сетевого плана 
формирования грузовых поездов должны иметь две основных подсистемы. 
1. Подсистема оценки и анализа вариантов порядка направления 
вагонопотоков и плана формирования поездов на основе данных о груженых 
и порожних вагонопотоках (далее – подсистема оценки вариантов). 

---

51 
2. 
Подсистема совместной оптимизации выбора направления 
следования вагонопотоков и станций переработки с учетом веса грузовых 
поездов (далее – подсистема оптимизации). 
Подсистема оценки вариантов
предназначена для решения следующих 
задач: 
1) прикрепление груженых и порожних вагонопотоков к назначениям 
плана формирования поездов, расчет мощности поездных назначений, 
загрузки станций и участков железнодорожной сети; 
2) расчет натуральных и стоимостных показателей вариантов плана 
формирования грузовых поездов: 
действующего; 
с изменениями, предлагаемыми пользователем; 
рассчитанного подсистемой оптимизации; 
принятого к реализации на предстоящий плановый период; 
3) сопоставление и анализ натуральных и стоимостных показателей 
вариантов плана формирования грузовых поездов; 
4) проверка выполнения ограничений по техническому развитию 
железнодорожной сети и допустимому времени доставки грузов для 
анализируемых вариантов плана формирования грузовых поездов. 
Для оценки рассматриваемого варианта организации вагонопотоков 
определяются загрузки всех элементов сети для заданной шахматки 
вагонопотоков и плана формирования поездов. Для вычисленных загрузок 
рассчитываются функции удельных затрат по элементам сети и 
определяются стоимости проследования вагонопотоков по сети. Сумма этих 
затрат является оценкой данного варианта плана формирования. 
Подсистема оптимизации предназначена для решения следующих 
задач: 
1) 
выбор направления следования и станций переработки 
корреспонденций вагонопотоков, обеспечивающий снижение суммарных 

---

52 
эксплуатационных расходов, связанных с накоплением и переработкой 
транзитных вагонов на технических станциях, с продвижением поездов по 
участкам и с операциями на станциях смены поездных локомотивов и 
локомотивных бригад; 
2) учет выполнения ограничений по техническому развитию 
железнодорожной сети и допустимому времени доставки грузов в процессе 
распределения корреспонденций вагонопотоков.
В 
подсистеме 
оптимизации 
реализована 
следующая 
последовательность расчетов. На первом шаге прокладываются участковые 
потоки, которые определяют начальную загрузку станций и участков. 
Далее осуществляется проверка выполнения достаточного условия для 
всех сквозных назначений; удовлетворяющие достаточному условию 
назначения включаются в план, для соответствующих им потоков 
определяются пути следования по УРЛБ и пересчитываются величины 
загрузок и затрат. 
Остальные вагонопотоки упорядочиваются и далее рассматриваются в 
следующей последовательности.
Для каждого вагонопотока рассматривается сеть допустимых 
назначений. Каждому назначению, как включенному в план, так и 
потенциальному, соответствует дуга этой сети, имеющая оценку, равную 
стоимости проследования единицы данного вагонопотока в данном 
назначении с учетом штрафов за нарушения ограничений. На этой сети 
определяется оптимальный путь следования данного вагонопотока как по 
назначениям плана формирования, так и по сети УРЛБ. Для этого строится 
дерево путей минимальной стоимости. Все потенциальные назначения, по 
которым прошел оптимальный путь рассматриваемого вагонопотока, 
включаются в план формирования.

---

53 
Затем пересчитываются загрузки станций и участков и зависящие от 
них величины удельных затрат на пропуск единицы потока по ребрам сети 
УРЛБ и сети назначений. 
Если потенциальное сквозное назначение со станции I на станцию J 
включается в план, а вагонопоток со станции I на станцию J ранее уже был 
проложен по другим назначениям, то производится переключение этого 
вагонопотока в назначение I – J. При этом пересчитываются величины 
загрузок и затрат для старого пути при удалении величины потока, а затем 
для пути по введенному сквозному назначению при добавлении данного 
вагонопотока. 
Результатом прокладки всех вагонопотоков является множество 
выбранных сквозных назначений плана формирования с прикрепленными к 
ним вагонопотоками и маршрутами следования как по назначениям, так и по 
сети УРЛБ.
В результате работы программ заполняются следующие выходные 
формы: 
таблица 1 – Работа станций по плану формирования поездов; 
таблица 2 – Назначения поездов, формируемых станциями расчетного 
полигона; 
таблица 3 – - Характеристики назначений поездов, формируемых 
станциями расчетного полигона; 
таблица 4 – Использование мощности станций по допустимой 
переработке; 
таблица 5 – Использование мощности станций по числу назначений 
формируемых поездов; 
таблица 6 – Использование мощности станции по числу 
обслуживаемых транзитных поездов без переработки; 
таблица 7 – Эксплуатационные расходы по станциям; 
таблица 8 – Назначения поездов, проследующих по участкам; 

---

54 
таблица 9 – Использование мощности участков; 
таблица 10 – Эксплуатационные расходы по участкам; 
таблица 11 – Общие показатели варианта плана формирования поездов. 
Выходные формы автоматизированного расчета сетевого плана 
формирования одногруппных поездов приведены в приложении. 
Настройка (уточнение) алгоритма решения. Порядок работы со 
штрафными функциями и накладки вагонопотоков на сеть назначений 
Задача расчета плана формирования поездов для сети дорог может 
быть решена только приближенными методами. Поэтому необходима 
постановка серии вычислительных экспериментов, имеющих целью 
приблизить теоретическую модель к реальным условиям организации 
вагонопотоков на сети. Для этого необходимо разработать методику 
проведения экспериментальных расчетов, провести их и обобщить 
результаты. 
В итоге должны быть выработаны правила настройки теоретической 
модели для сети железных дорог, включающие в себя:
1) правила работы с ограничениями (различная степень их жесткости и 
разные штрафные наценки на целевую функцию);
2) правила наложения потоков на сеть поездных назначений (в порядке 
убывания мощности потока, дальности следования, вагоно-километров 
пробега и др.);
3) правила обеспечения неформализуемых требований, которые 
предъявляет пользователь при разработке плана формирования поездов. 
Учет ограничений в процессе накладки вагонопотоков на сеть может 
выполняться двумя способами:
1) перед прокладкой очередной вагонной струи исключать из сети 
допустимых назначений те звенья, для которых исчерпан резерв мощности и 
ограничения перестали выполняться; 

---

55 
2) введение штрафных функций в затраты на ребрах, на которых 
исчерпан резерв мощности; такие функции должны способствовать 
отклонению вагонопотоков от перегруженных элементов транспортной сети, 
но при подсчете затрат на рассчитанный план формирования их значения не 
должны учитываться. 
Первый способ может привести к нарушению связности графа 
назначений и неразрешимости задачи. Кроме того, он предъявляет 
повышенные требования к точности исходных данных. С другой стороны, 
при таком способе ограничения для элементов транспортной сети будут 
выполняться жестко. 
Второй способ учета ограничений гарантирует, что решение будет 
получено, в том числе и в условиях приближенной информации о 
вагонопотоках и технических возможностях элементов сети. С другой 
стороны, возможны случаи, когда в условиях значительного перегруза 
транспортной сети поток направится по минимальному значению штрафных 
функций, не взирая на эксплуатационные расходы.
С учетом сказанного в данной работе применяется второй способ учета 
ограничений.
Перед пропуском очередного вагонопотока необходимо проверять 
выполнение ограничений для каждого элемента сетевого графа назначений. 
Затем производится расчет затрат, и для тех элементов, у которых 
ограничения не выполняются, затраты будут увеличиваться в соответствии с 
штрафной функцией. Например, для вагонопотока N
1
удельные затраты на 
ребре сети составляют е
1
(рис. 2.7), а суммарные затраты на пропуск этого 
потока по ребру сети
Е
1
= N
1
е
1
.
(2.4) 
При прокладке следующего вагонопотока N
2
удельные затраты на 
ребре сети составляют е
2
; для вагонопотока N
3
будут удельные затраты е
3
. 

---

56 
При прокладке следующего вагонопотока N
4
будет нарушено ограничение 
N
*
, то есть
N
3

N
* 
< N
4
, 
(2.5) 
Поэтому для вагонопотока N
4
удельные затраты на ребре составят 
е
уд
= е
4
+ е
штр
. 
(2.6) 
Рис. 2.7. График изменения функции удельных затрат на ребре 
транспортной сети 
В расчетах необходимо применять гибкую систему штрафов, то есть 
допускать возможность нарушения некоторых из них (например, 
незначительная перегрузка горки, парка приема, участков) и, наоборот, 
строгое соблюдение ограничений (по числу формируемых назначений). 
После каждого расчета целесообразно менять штрафные коэффициенты и 
производить новый расчет, выбирая их оптимальное соотношение для 
достижения 
минимальных 
затрат 
в 
сочетании 
с 
максимальной 
выполнимостью ограничений. 

---

57 
На 
основе 
вышеизложенных 
требований 
были 
проведены 
экспериментальные исследования. В качестве экспериментального полигона 
была рассмотрена сеть из десяти узлов (технических станций) и 
четырнадцати звеньев (участков) (рис. 2.8). Для каждого участка показана его 
протяженность в километрах. 
Рис. 2.8 Расчетная сеть 
При проведении экспериментальных исследований рассматривались 
ограничения 
по 
перерабатывающей 
способности 
парков 
приема, 
сортировочных горок, парков отправления, по числу формируемых 
назначений и по пропускной способности участков.
В ходе проведения расчетов изменяли коэффициенты, тем самым 
изменяя саму штрафную функцию. Таким образом, в ходе исследования 
было рассмотрено свыше 140 вариантов соотношений штрафных 
коэффициентов. 
Штрафные функции на ребрах сети назначений вычисляются по 
следующим формулам. При нарушении ограничений по допустимым 

---

58 
размерам переработки, допустимому числу транзитных поездов по 
технической станции, по размерам движения грузовых поездов на участке 
k 

= (

i
/ 


i
) 100 N;
(2.7) 
i = 1 
при нарушении ограничений по допустимому числу назначений 
формируемых поездов 
k 

= 50000 (

i
/ 


i
),
(2.8) 
i = 1 
где 

i
- 
штрафной коэффициент для нарушения i-го вида ограничения, 
i = 1,…,k; 
N - 
вагонопоток, при прокладке которого будет нарушено 
ограничение i-го вида, вагонов/сут.
При этом сумма штрафов на всём маршруте следования вагонопотока 
не должна превышать заданного большого числа, обеспечивающего 
работоспособность алгоритма Левита для поиска пути минимальной 
стоимости на сети. 
В итоге можно сделать вывод, что при увеличении штрафных 
коэффициентов для парков отправления до 
λ
по
= 3 суммарные затраты, 
связанные с накоплением и переработкой составов, с пропуском поездов по 
участкам и попутным техническим станциям по результирующему варианту 
плана формирования поездов, уменьшаются. Это объясняется тем, что при 
увеличении 
λ
по
в этой зоне с перегруженных парков отправления снимается 
суммарный вагонопоток (с переработкой и без переработки),
путь следования 
вагонопотоков
изменяется. Специфика целевой функции задачи такова, что 
рассматриваемое ограничение при заданных условиях приводит к 
увеличению степени концентрации вагонопотоков и снижению практически 

---

59 
всех составляющих затрат.
С дальнейшим увеличением штрафов по паркам 
отправления (
λ
по
> 3)
указанная концентрация вагонопотоков вызывает 
увеличение затрат по всем составляющим.
Суммарные затраты при увеличении штрафных коэффициентов для 
парков приема и сортировочных горок возрастают. Это объясняется тем, что 
если парк приема или горка будут загружены выше их перерабатывающей 
способности, то поезда будут направляться на другие станции, где их 
переработка будет дороже. 
При увеличении штрафных коэффициентов для участков суммарные 
затраты возрастают значительнее, чем в парках приема и горках. Это 
объясняется тем, что при загрузке участков свыше их пропускной 
способности, вагонопоток, следовавший по нему, будет направляться другим 
маршрутом, который будет несколько дороже прежнего. 
В величине целевой функции задачи затраты по станциям составляют 
около 10-12%, а затраты по участкам 88-90%. Этим объясняется резкое 
увеличение общих затрат с увеличением штрафных коэффициентов по 
участкам. 
В результате исследований выявлены рекомендуемые сочетания 
штрафных коэффициентов для достижения минимальных затрат и 
минимальных нарушений ограничений, которые приведены в табл. 2.1. 
Таблица 2.1. 
Рекомендуемые сочетания штрафных коэффициентов 
λ
пп
λ
гор
λ
наз
λ
по
λ
уч
1 
1 
5 
3 
1 
2 
2 
5 
3 - 5 
1 
3 
3 
5 
4 - 5 
1 
4 
4 
5 
5 
1 
Таким образом, задача решается без ограничений в явном виде, а 
настройка ограничений в виде штрафов является одним из основных 
элементов представляемой диссертации. 

---

60 
Как указано в соответствующих исследовании, после завершения 
расчета сетевого плана формирования поездов необходимо произвести 
анализ значений полученных штрафных функций и выявить среди них 
наибольшие, которые укажут на наиболее перегруженные элементы сети. 
Если при анализе выявится, что, несмотря на перегрузку элемента 
вагонопоток все равно к нему притягивается, то это будет указывать на то, 
что вложение средств в развитие именно рассматриваемого элемента даст 
наибольшую отдачу.
На результаты расчета влияет способ упорядочения вагонопотоков: по 
величине вагонопотока, вагоно-километрам пробега, по дальности 
следования вагонопотоков. Расчеты показали, что наилучшие результаты 
достигаются при наложении на сеть назначений вагонопотоков в порядке 
убывания их мощности.