（交通运输工程专业论文）机车日班工作计划编制系统的研究.pdf

北方交通大学：l 样颂十专业学何论文机车日班工作计划编制系统的研究张兴国( 北方交通大学交通运输学院)摘要机牟作为列车的牵引动力，是铁路运输的动力资源，机车调度系统在整个铁路运输调度系统中起酋为完成运输计划供应足够机车的作用，机车h 班工作计划是机务部门组织运输生产活动的基础，提高机午涧度现代化水半，特别是提高机车r 班 作计划的质量，缝t mt s 的项重要任务。机车h 班工作计划的编制是一项复杂的系统 程，应综合考虑各方面的凶素，它是多学科、多技术的结晶。本文描述了运用系统的原理及其结构，介绍了双肩回式交路、单肩川，交路、循环式交路、半循环式交路基本的交路方式，及机车的大修、i 修、小修、辅修等现行检修制度，并介绍了包乘制、轮乘制、包轮乘制等基本的乘务方式。分析了既有系统的整个作、【k 过程，包括信息的采集，机车班工作计划的编制原则、编制过程及对既有作业过程的评价。比较详细地论述了机车几班l 一作讣划的决策过程。其制约索是多方向的，是个模糊集，排除一切不卅预见因素，从行年和机午似力面列山了机牟日功工作计划编制的制约闪素，并从机车走行公咀、机车牵引总重吨公早、机车i i 作时问、机车半均周转次数、机车辅助走仃率、单机走行率、机车使用台( i - ) 数、货运机车二卜均1 产黾提出了锄黾= 标准，由此编出菜区段的机车交路决策矩阵、机4 - 路径网络，及机车| = = 【班：i ：作计划公式。加入一系列约束条件，即机1 闩班工作计划决策模掣，采用数学分析及系统模型的方法求解，采用日问推移等多次训”，最后进行评估，选出一个最优方案即是当h 班计划。介绍了系统的计算机编制，软件系统及例络环境，硬件配置，区段搪木数摒库，软件的系统结构，及其生成过程。同时介绍了有关数掘库结构，系统的人机界面，机车r班l 一作汁划系统操作流程，实际图接转过表，鼠标添加线条，列车元式，鼠标调整机车交路，机车元式，机车检修，机牟交付，核对过表机车，核对枉途机年，推定机车二厂作训划，发布机车工作计划，修改列车点单，切割、连接列车运行线，讨算机绘制输出机车h 班工作亡1 划。关键词系统模型：数掘结构：渊度：算法：网络北方交通大学l 程硕士专业学位论文t h er e s e a r c ha b o u tt h ep l a n n i n gs y s t e mo fl o c o m o t i v ed a yw o r l 【i n gp r o g r a mz h a n gx i n g g u o( s c h o u lo ft r a f f i ca n d r r a n s p o r t a t i 。n ，n o r t h c r nl | j a o t o n g 【n 1v e r s l t y )a b s tr a c t ：t h e1o c o m o t iv eisa st h etr a ind riv i n gf o r c ed r a w i n g ，a n db e i n gt h er a i lr o a dt r a n s p o rl a t i o nd r lv jn gf ( 】r c erp s ol l r c es ，th ee n g in ed is f ) a 1 ( j h i n gs ys te misi v i | _ g ，a n dth c。n ti r er a jl r o a din ( 。arr yin gth 。d js p a tchin gsys t t t _ | iista kin gt oc o m p lele jn gt h et r a n s p o i 、t al l ( ) np l a n n e dsu 1 ) p ly ，l ( _ i 。nth a tise n o u g ht h ce n g in e ，a n dt h eb a s eth a llh ee n g j 【j ob us in e s sd c i ) a r t l l l en ir o r m dt h et r a n s p o r t a t l ( ) nm a n u f a c t u r e a n e u v e rispr o g r a m m e dine n g in ed a ys hif tw o r k ，a n ( 1iif tsth ee n g in ed js p a t ch in gth o n l o d e f n iz e1e v e l，p ar 、l ic h l l a r l 、 f l t1h eq u l i tyth a le l g j f l ed a ys h j t lw o r k spro g r ：l m m e d，1 1isch es 】g n i “c a n tm is s io no f 。r i s 1 i h ees t a b l is 1 1 1 en t【h a te n g in ed a vs h jilw or kisp r o g r a m m e djsac t ) n p le xs ys tc me n “in e e r i 】1 9 ，( i c jol 】g h tt os y l l t h cs zec ( ) nsid e r in gt h cv a r i ( ) u ss j ( je se lc m o n ta n ( 1i tjsm u chbra n c h eso f1c a j 、n jn g、m u c htec h n i 【】iec r y s t a l t h eo r ig in a lw a sd e pi 。ldt h eap p l ic a tionsy s l 【、n 1r u lea n dw asr e a ch c dsl l ch ( o m p o s i t j ( 1n，ln 1r o d u c et w jns h ( j ld erg o in gh a ( 1 ks ty lein t e r s e c t i 。nr ( ) l j les、s in g les h ( ) l l lde rg o in gb a c ksl y lein to r so c t io niu u te、c y c lcs t y lein t e r se c t o nr o u t e、1h 。r ( ) i ( | h e di n te r s e c t l 。f r 叭l tem e a nsih。r ig i n a l l yi f l l 。rs e c tedt oth ese mj( 、v c les ty le，t h ee ng i 八eh e a v yr e ) hir、m e d il 1 mm a in t er l l n ( 1 0、m in o rr e p a jr、c 【r r e n t l vi ne f fe c tm a in t e n a n ( esvs te m ss u c ha sl h ea s s is t a n c 【、ism e n d e da f ds o ( ) n，m o r e o v e ri n t r o ( hj ( jet h er es d o n s jb ec r ( 、ws v s t e m、t h pw h e e lisa v a i lo n e s e f ( ) fm a n l l f a c t u r i n g、e n ( 、i r c lest h ew h c e _ 上av ai so n es e l o t 。lo l nl l f a c t u r ea n ds oo nf o u n d a t i o ns er v ic eo nt r a insm e a n s1 1 a v in ga n a ly s e dp ( ) s s e s st 酶sys te m a t ice nlir et a s kp r ( ) ccss，c o n s is to fc o | e c t i n g 鹾北方交通大学上程硕士专业学位论文硼e ss a g e，e s t a b lis h m e n tr u let h a te n g i n ed a ys h i f tw o r kisp r o g r a m m e d、t h a tt h ees t a b l ls h m e n tp r o c e s sr e a c h e st oa d jus tp 。ss esst h et a skp r o c e ssr a t jn gc o m p a r a t iv e lyd e t a j le de x p o u n dt h ed e c is io np r o c e d u r eth a te n g i n ed a ys h i f tw o r kisp r o g r a m m e dt h a ts u c hc o n d i t i o n st h ee l e m e n tist h em a n y s id e s，a n disaf u zzys el，a n dr e m o v e sev e r y th in gp r e d i c in gt h ee 1e m e n t，a n dt h r o u g ho v e r h e a d st r a v e l l in gc r a n ea n dt h ee n g in e1 is tst h er e s t r ic t io ne le m e n tth a tth ees t a b lis h 丌1 e n tisp r o g r a | f i m e di ne n g in ed a ys h jf tw o r k，m o r e o v e rt h r o u g ht h ee n g i n el i n ef e e dk i l o m e t e r、t h ee n g in ed r a w sth eg r o s sw e ig h tt o nk i l o m e tr e、e n g in ew o r kt i 玎1 e、t h ee n g i n ee q u a ll yt u r n so v e rt h en u m b e ro ft i m e s、l i n ef e e dlc a d ln gisa ss is t e db yth ee n g in e、r h em o n o d e v jce n ef e e disle a d、t h ee n g i n e e m p l o y( d a y) f i g u r e、t h ef r e i g h tt r a n s p o r te n g in ee q u a l l yo u t p u tp e rd a yh a sb e e np r o p o s et om e a su r et h ec r i te r io n，e d i tso u tt h u ss o m ed is tr ic ts 】e n g tht h ee n g in ei n t e r s e c tst h ed e c is i o no fs t r a t e g ici m p o r t a n c em a t r ixo nr o u t e、e 1e c t r icn e t w o r kp ic t u r ei ne n g in ew a y，t h ef o r m u l 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kc o m p o s i t i o nm o r e o v e r，s y s t e m a t icm a n m a c h i n ein t e r f a c e，北方交通大学t 程硕士专业学位论文t h es ys t e l t lo p e r a t io nd is t a f t c et r a ve 1 1e db yas t r e a mo fw a te tjsp r o g r a m t l l e di i qe l q g i n ed a ys h ifcw o r k，t h ea c t u a lp i c t u r ej o i n sf e v o l u ti 0r lt h ef o f m，t h em o u s eif i c r e a s e st h es t r i a，tt a ir lyl i t i qs h i，t h em o u s eisr e g u l a t e e dt h ee n g i t i ein te f s e c t i0f ir o u te，er l g i n ey u ar s h i，er l g in ei l i a in t er l a l q ce，er t g i i q ep a y m e i 1 t ，c h e c ku pth ef o r i l le f l g in e ，c h e c ku pa tt h een g ir l oo nr o a d，e 1o c te n g i n ew o r kt 0l o t o g r a m，r e l e a s i i q ge n g i t i ew o r kisp r o g r a m m e d ，m ee l dt h et r a i ns o g l el is t ，c u t 、t h ej o ie l tt r a i l 3r ur l st h es t r ir i g ，t h ec a lc u l a t i n gm a c h i l l eisd r a wt h a tt h ee x p o f te n g ir l ed a ys h if tw o r kp r o g r o f i l s k e y w o r ds ：s ys te mm o d e l ：d a t as tr uc t u r e ：t r a f f icc 0n t r 0 1 ：a 19 0 r i th m ：n e t w o r k第一章引言1引言我国铁路调度指挥系统现有的体制是五十年代依据苏联的管理模式建立起来的，这在当时的通讯水平、国民生产水平、铁路的运量来说，是可行的。随着国民经济的增长，人民生活水平的提高，对铁路交通的需求越来越大，现有管理模式己渐渐地不能适应国民经济的发展对铁路运输的需求。从机车运用的角度来说，由于铁路干线列车对数的增多，图定列车运行速度的加快，调度人员的劳动强度与负荷大大地增加了。机车调度、运用人员除组织指挥机车运输生产外，往往还要完成数以千计的数据的统计分析工作，分局级的尚且如此，到铁路局这一级，基本上每个调度员要处理一个分局的数据。当运输秩序不好时，统计工作没有做完，又要应付上级的需要，往往只有凭经验估计，有时甚至会误报、虚报、漏报，造成上级管理机构决策上的困难或失误。有时铁道部、铁路局要处理局间、分局间的机车供需矛盾，信息来源只有听取所在局或分局的汇报，但各方都从局部利益出发，往往出现只报于自己方有利的情况，造成上级管理机构决策上的困难。一般来说，现有计划、管理、指挥水平，往往定性的成份高于定量的成份，从而造成机车运用不合理，出现浪费。为了更有效地组织机车的生产活动，有必要加强管理手段现代化的工作。目前，一些发达国家己在整个铁路运输生产过程中实行了计算机控制，我国也由铁道部在全路组织实施了“铁路运输管理信息系统( t m i s ) ”，机车调度是整个铁路运输指挥体系的一个重要组成部份，列为铁道部科技发展计划项目的“机车调度计算机辅助管理系统”也纳入了t m i s 系统。本文所述机车日班工作计划的编制是“机车调度计算机辅助管理系统”的子系统。机车是铁路运输的基本动力，铁路线上的列车运行，车站内外的调车作业都需要e h 机车来完成，因此，机车运用计划是铁路运输组织工作的一个重要组成部分。机车的运用方式不同于货车，机车是配属于各个铁路局所管辖的机务段，并固定牵引区段内的列车。机务段是隶属于铁路分局管理的，由于配属机车是根据铁道部的配属命令，由指定的机务段负责管理和使用，因而，机车f j 班工作计划是分局日班工作计划的重要组成部分。第二章运用系统原理及结构机车日班工作计划的编制是一个复杂的系统工程，它是多学科、多技术的结晶。机车作为列车牵引动力，作为运用系统的动力资源，机车日班工作计划的编制应综合各方面的因素来编制。机车日班工作计划是机务部门组织运输生产的活动基础，是用好、管好机车，优质、高效、低耗地全面完成铁路运输任务的重要组织部分。长期以来，机车日班工作计划的编制采用手工经验法。在给定列车运行图的基础上，顺序地把牵引出段分界点到达的满足准备作业标准的到达机车，分配给与其相对应的出发列车。其中大量的统计工作是一项繁重而耗时的劳动，如列车的偏流问题是一个大于6 0 阶的数学规划问题，人工计算不可能在半小时内求出最优解，再如机车偏流过剩问题，也不可能在短时间内求解。机车日班工作计划的质量取决于调度人员的经验与水平，没有科学的保证与依据。不少专家，学者为此作了大量的研究工作。其中，较有代表性的是把机车日班工作计划的编制归结为二维分配问题，即把到达机车视为资源，把出发机车视为活动，机车日班工作计划的编制，实质上是把资源合理地分配给活动。在模型的描述和求解上算法各有不同，有用求解分配问题的匈牙利算法求解分配模型，该算法对成对运行图求解时间阶为o( n3 ) ；对不成对运行图的求解时间阶为0 ( n “3 ) 分配模型( k 为上下行对数之差) ：也有通过网络变换把二维分配问题模型转化为网络流模型，用瑕毗算法求网络的最小费用最大流方法求解，时间阶为0 ( n 5 ) 。正是t 述理论研究为计算机编制机车日班工作计划提供了理论上的依据。本文拟对机车日班工作计划编制系统进行较为全面的介绍。文章组织如下：第一部分引言；第二部分主要描述运用系统原理及结构：第三部分主要介绍既有系统的作业过程分析；第四部分主要介绍机车日班工作计划的数学与决策模型；第五部分主要介绍机车日班工作计划的计算机编制；第六部分主要介绍数据库结构设计；第七部分主要介绍系统的界面设计；最后进行总结。2运用系统原理及结构铁路运输涉及的因素多、变化大，如：客流和货流的变化，气候北方交通大学t 程硕士专业学位论文的变化对列车的开行，列车的运行秩序，甚至列车事故等，都会影响正常的铁路运输生产。机车工作计划是运输计划的保证，机车供应不足、机车质量不高，同样对铁路运输生产造成重大影响，甚至会危及人民生命财产的安全。机车投入过剩，又造成资源的浪费。经济合理地使用机车，优质高效地完成运输生产任务，是机车调度工作的永恒课题。在万里铁路线上，根据线路、车流的需要，设立若于机务段，每个机务段固定担当某个区段的列车牵引任务。根据列车牵引种类的需要，机务段按种类分为客运机务段，货运机务段和混合机务段。铁路机车牵引列车总是按段接续进行的，机车在固定的区段担当运输任务往返的回路称为机车交路又称为交路。常见的交路有肩回式交路和循环式交路。由于交路方式和管理的需要，产生不同的乘务方式，常见的乘务方式有包乘制、轮乘制、包轮乘制。由于牵引动力的差异。检修方式亦有差异，但都采用定期检修制度。下面分别介绍上述内容。2 1基本的交路方式机车交路不仅对新建或改建铁路，而且对运营线路都是一个重要的技术问题，它直接涉及到机务设备的布局、机车台数、人员数量、运用效率及车辆和站场股道数量等。机车交路的选择是一项比较复杂的工作，要结合线路情况、牵引动力的类型、编组站的分布、行车组织的特点、货流的方向、线路的自然条件和生活条件、有关相邻线路的运营情况及铁路网规划等因素综和考虑。机车交路的类型与机车运转制、乘务制度和乘务员换班方式有密切关系。本文只介绍与运转制度有关的交路方式。机车担当与基本段相邻区段的列车牵引任务，机车每次返回基本段所在站时都需要入段作业的，叫做肩回运转制。与之相对应的机车交路称为肩回式交路。2 1 1双肩回式交路机务本段所在位置如图2 1 ，两头为折返段，机车在机务本段所在站都进段内整备，它的牵引路线为a b a c a 。即从机务本段所在站a 发，牵引列车到达折返段b 换班后返回a ，进段内整备，牵引列车到达折返段c ，换班后返回a ，如此反复。北方交通人学上程硕士专业学位论文。c 二二二二= 一一二二二二二二二)bl折返段机务本段折返段图2 1双肩回式交路示意图2 1 2单肩回式交路机务本段所在位置如图2 2 ，b 为折返段，机车在机务本段所在站都进段内整备，它的牵引路线为a b a 。即从机务本段所在站a 出发，牵引列车到达折返段b ，换返a ，进段内整备，如此反复，如图2 2 。ba折返段机务本段图2 2 单肩回式交路示意图2 1 3 循环式交路机车担当与基本段相邻两个区段的列车牵引任务，机车除因检修需要入基本段外，其余每次返回基本段所在站时，只在车站进行整备作业。一般采取循环运转交路。机务本段所在位置如图2 3 ，两头为折返段，机车在机务本段所在站及折返段进行整备和换班，它的牵引路线为：a c d c b c a或a c b c d c a即机车从机务本段a 出发，循环在c d c b c 间牵引列车或循北方交通人学【程硕士专业学位论文环在b c 间牵引列车，只在机车检修换时返回机务本段a 。bcd图2 3 循环式交路示意图2 1 4半循环式交路机车担当与基本段相邻两个区段的列车牵引任务，机车第一次返刚基本段所在站时不入段，继续牵引列车向前方站运行。第二次返回基本段所在站时才入基本段进行整备作业。机务本段所在位置如图2 4 ，两头为折返段，机车在机务本段所在站及折返段进行整各和换班，它的牵引路线为：a b a c a或a - - c - - a b ab折返段图2 4a机务本段半循环式交路示意幽c折返段2 2基本的乘务方式司机、副司机和司炉都称为机车乘务员，简称乘务员。乘务方式是指乘务员所在的乘务组的工作方式。常见的乘务方式有包乘制、轮乘制、包轮乘制。2 2 1包乘制包乘制是指机车乘务员固定驾驶机车执行牵引列车的任务，并固定浚台机车的保养，此种乘务方式有利于机车的管理和保养。但由于乘务北方交通大学r 程硕+ 专业学位论文员是包车制，一旦乘务员因故不能出乘，就会影响列车的开行，不利于机车的周转，不利于运输效率的提高。2 2 2轮乘制轮乘制指机车乘务员不固定机车，只固定车班执行牵引列车的任务，此种乘务方式一般用于长距离区段，由两个( 或两个以上) 车班共l 刊完成牵引列车的任务，在中间站换班，机车的驾驶和维护实行交接制度。此种乘务方式有利于机车的周转，有利于运输效率的提高。由于交接班的时间短，因而不利于机车的管理和保养。2 2 3包轮乘制此种乘务方式是上述两种乘务方式相结合的一种乘务方式。也是用于长距离区段，由两个( 或两个以上) 车班共同完成牵引列车的的任务，在中间站换班，所不同的是由配属段所在车班固定驾驶和维护该台机车。此种乘务方式有利于机车的周转，有利于运输效率的提高。由于采用包乘制的方法进行管理，提高了机车的保养能力，但较包乘制的管理能力差。2 3机车检修制度在我国实行机车的定期检修制度，当机车运行一定里程之后，就要进行检修。检修的修程一般分为大修、中修、小修和辅修。电力机车，内燃机车和蒸汽机车尽管检修的项目和检修里程不一样，但是都进行上述四项检修。2 3 1机车的大修机车的大修一般在专门的机车工厂进行，因而也叫做厂修。大修对机车全部解体，对各个部件进行全面的检查、测试和修复。蒸汽机车除对机械、电器、走行和车体车架等等各部分进行全面的检查、测试和修复外，还要对动力锅炉进行耐压试验。2 3 2机车的中修机车的中修一般在有架车设备的机务段进行，因而也叫做段修。中修对机车的机械、电器、走行各部分进行检查、测试和修复，蒸汽机车还要对动力锅炉进行耐压试验。2 3 3 机车的小修6第二章既有系统的作业过程分析机车的小修一般对机车的动力、走行和照明设备以及机车在使用中的故障进行修理，蒸汽机车要对动力锅炉进行嗣压试验。2 3 4机车的辅修机车的辅修一般对机车的走行部分及机车在使用中的故障进行修理，蒸汽机车要清沈动力锅炉。上述诸因素是机车运用过程中的主要制约因素，也是机车运用的主要模式。机车调度员的主要任务就是根据列车车流的实际情况和已经掌握的上述实际情况，合理地使用机车，以最少的投入，最好的效率完成运输任务。3既有系统的作业过程分析我们知道机车日班工作计划是经济合理地使用机车，合理安排乘务员劳动和休息，及时组织机车检修，有条理地进行机车整备作业等各项只常生产活动的基础是协调机务部门各项生产作业的中枢。机车日班工作计划应根据列车曰班计划进行编制，但要高质量地完成好机车同班工作讨划的编制，还必须掌握各方面的信息。现就编制机车日班工作计划的全过程进行分析。3 1信息的采集编制机车日班工作计划时，机车调度员应与行车调度员密切合作。确切掌握机车的运用信息，这是编制机车日班工作计划的关键，除此之外，还应掌握了解下列信息：( 1 ) 月、旬、方案及各项机车运用指标。( 2 ) 行车调度提供的日计划列车对数。( 3 ) 根据列车工作方案主动了解车流、去向、编组辆数、吨数、核实目计划列车对数。( 4 ) 各分界站出入对数及交接计划。( 5 ) 机务段可提供的机车台数及机车概况。( 6 ) 三日内大、中、小辅修计划。( 7 ) 临修机车的交付情况。( 8 ) 段备用机车及人员情况。北方交通大学1 程硕士专业学位论文( 9 ) 分界站出入大、中、小修回送机车及质量情况。( 1 0 ) 乘务员劳动时间及调休情况。0 d 自、外段技术作业标准。特种列车的开行情况。( 1 3 ) 气候及检修天窗情况。在掌握以上情况的基础上，进行综合分析，继而编制机车日班工作计划。3 2 机车日班工作计划的编制原则编制机车日班工作计划，必须贯彻合理、高效的原则。机车是铁路运输的动力资源，编制机车同班工作计划的目的就是要合理地使用资源，优质高效地完成运输生产任务。因此，编制机车日班工作计划要掌握如下原则：( 1 ) 编制机车同班工作计划应执行先核实、后分号、再基本图，最后加开图定车次以外车次的规定，按阶段均衡安排停运或加开。( 2 ) 经济合理地使用机车，机车运用效率不应低于技术计划的要求。( 3 ) 避免不合理的机车点火、落火。( 4 ) 机车检修、调车机车替换、回送等均应纳入机车日班工作计划。( 5 ) 机车日班工作计划编制后，必须征求机务段调度员的意见。3 3 机车日班工作计划的编制过程根据了解和掌握的情况按编制原则进行综合平衡，统筹安排，周密编制。机车调度员首先按照列车工作计划，铺画列车线条，将过表机车安放在列车线条上，折返的机车原则上按顺序套勾交路，大、中、小辅修机车按计划从运行序列中扣下来，安排好重点列车机车的交路，按以上方法勾画完成后，计算出列车效率指标掌握上下行列车的平衡。但是一般在计划安排上是禁止对开单机的。3 4对既有作业过程的评价既有作业过程是多年来从实践中摸索出来的较科学的工作模式，其方法从设计上来说，符合最优化原则。多年来，在广大调度员及运用技术人员以及专家的共同研究下，不断地加以改进、完善，取得了较好的效果。但是，决策模型的计算，工作量是庞大的，且编制计划的时问只第四章机车日班1 1 i 作计划编制系统的数学与决策模型有2 小时，因此，工作中难免出现打折扣的现象，从而影响机车使用效率。但原因不是由于决策模型本身，而是信息技术、计算技术、运用的手段相对落后造成的。特别是当出现实际运用中的调整，几乎要在3 5 分钟时间内由人工拿出最优方案，是很难做到的。因此，现行编制机车日班工作计划的过程，经验往往占据了主导地位，在实际工作中采用的决策约束的计算方法，多为经验数据及凑数法，从而影响了机车日班工作计划编制的质量。4机车e l 班工作计划编制系统的数学与决策模型机车同班工作计划的编制是一个复杂的的决策过程，它取决于各工种的需求和配合，取决于各工种的日班工作计划，同时又反制于各工种的日班工作计划，相互制约，相互依存。下面就机车日班工作计划编制系统中，日班计划数学与决策模型的建立进行讨论。4 1制约因素机车日班工作计划的制约因素是多方面的，是一个模糊集( 或称为灰色系统) 。在建立机车运用目标函数时，首先需要确定机车的牵引区段及乘务方式。机车日班工作计划的编制是以列车运行图为前提条件的，也就是说，只有在给定牵引任务的基础上，才能考虑如何使得投入的机车最省。由于列车的性质、种类及其特征决定了机车交路的多元化，就机车交路方式而言可分为轮乘制与包乘制，就机务段位置而言可分为肩回式交路、循环式交路等。有的列车如旅客列车、直通货物列车等，需要速度快、牵引力大的机车牵引；有的列车如区段小运转列车等，则只需要一般的机车牵引即可。所以在实用中，在编制机车日班工作计划，以及对机车日班工作计划进行优化时，必须将机车类型及运用方式分类，将旅客列车与货物列车进行分类，将机车进行分类。对于各牵引区段来说，机车牵引及运用方式的差异，机车e l 班工作计划也会有不同的变化。在建立机车运用目标函数时，首先需要确定机车的牵引区段及乘务方式。机车日班工作计划的编制是以列车运行图为前提条件的，也就是说，只有在给定牵引任务的基础上，才能考虑如何使得投入的机车最省。9北方交通大学工程硕士专业学位论文由于线路通过能力及列车工作计划的编制不属本文讨论范围，本节只对已撵好的列车工作计划安排机车工作计划，因而机车日班工作计划的决策过程的性质可按结构化( 或程序化) 决策过程来处理。编制机车日班工作计划的主要依据是列车工作计划由列车及机车的车位、检修及交付计划来确定的。机车日班工作计划的编制，既要保证有充足的机车供应，又要合理安排机车，不致使机车浪费，还要完成各项技术指标，同时还要避免乘务员超劳。排除一切不可预见因素。制约因素分为两大类，即行车制约因素和机车制约因素。4 1 。1行车制约因素( 1 ) 在途列车本文所讨论的在途列车是指在十八点这个时刻在两个技术站之问运行的列车，或者说，在十八点这个时刻运行在两个机务( 折返) 段所在站之间的列车。u4 ( s ，t )s 为某一时刻某次列车的位置。t 为时间变量。函数表示列车在某一时刻的位置，编组，车次，及种类。( 2 ) 始发列车编组站( 含技术作业站，下同) 发车计划( 古相邻编组站，及相邻分局、相邻局的交车计划) 。u ( t )t 为发车时间。u 表示某时刻某编组站发车的车次，组成。方向及种类。( 3 ) 列车作业计划u ( t )u 表示列车在t 时刻的作业状态内容。4 1 2机车制约因素( 1 ) 区段运用机车u 。( t )t 为运行时刻。北方交通大学工程硕士专业学位论文q 表示运用区段，下同。u 。表示在某一时刻某台机车的位置，运用作业状况，牵引列车的车次及编组。运用作业状况，即机车如下工作状况之一，牵引列车，在场作业，在段整备。( 2 ) 正在检修机车j = ( j 。)f l = ( 扣车时间，扣车地点，大修，架修，定修，临修) 。m 为台数。( 3 ) 在段备用机车b = ( b 。)n = ( 扣车时问，部备，局备，段备) 。m 为台数。( 4 ) 区段总配属量u 。= f iu q 0 古+ 0j | | 台十| | b | | 台( 5 ) 机车检修计划a = ( a 。)n = ( 扣车时间，扣车地点，大修，架修，定修，临修) 。m 为计划台数。( 6 ) 机车交付计划f = ( f 。)n = ( 时间，交车地点) 。m = 交车台数。4 2 机车日班工作计划的衡量标准机车运用指标是考核机车日班工作计划编制质量的检验标准，机车运用指标分为两大类，即数量指标和质量指标。( 1 ) 数量指标( 总量指标)数量指标就是反映对象的总的规模水平或工作总量的统计指标。数量指标用统计的绝对数来表示，它是一切计算指标的基础。( 2 ) 质量指标质量指标就是反映对象的相对水平或工作质量的统计指标。质量指北方交通大学丁：程硕士专业学位论文标用相对数或平均数表示，评价机车工作计划时，一般通过综合质量指标的高低评价计划的优劣。4 2 1机车走行公里机车走行公里指标即机车运行的公里数。每台机车运行一公里就记为1 公里，它反映全部运行机车走行公里的总和，一定程度上反映着运行机车的工作量。机车所担当工作的运输种别不同，机车走行公里分为：客运机车走行公里，货运机车走行公里，路用机车走行公里和其他工作换算走行公里。其中客运、货运及路用机车走行公里按所担当的作业性质不同，又分为本务机车走行公罩和辅助机车走行公里。计算公式为：g = b + p + q其中：g为机车总走行公里b本务机车走行公里p辅助机车走行公里q其他机车走行公里4 2 2机车牵引总重吨公里机车牵引总重吨公里指标系根据机车( 包括单机附挂的车辆) 牵引列车的全部重量( 包括车辆的自重，但不包括机车本身的重量) 乘以车列实际走行公里而求得的。计算公式为：m = q 占j = i其中：q 。为第i 列车的牵引重量sl 为第i 列车的走行公里4 2 3 机车工作时间机车工作时间是编制机车工作计划的一个非常重要的指标。机车工作时间出机车全周转时问来定义，机车全周转时间就是指机车每周转一次所消耗的全部时间( 非运行时间除外) 。机车全周转时间由六个部分组成：北方交通大学： 程硕士专业学位论文( 1 ) 机车在机务本段停留时间( t ) 。( 2 ) 机车在机务本段所在站停留时间( t 。) 。( 3 ) 机车纯运行时间( t 。) 。( 4 ) 机车在中间站停留时间( tt ) 。( 5 ) 机车在折返段停留时间( t ；) 。( 6 ) 机车在折返段所在站停留时间( t 。) 。6t 2 t i忙i编制机车日班工作计划的一个主要目的，就是要压缩机车在站在段的停留时间，以减少乘务员超劳。4 2 4机车平均周转次数机车周转次数是以机车回库台数表示的。机车每担当一次往复路工作，就计为1 台，如机车只担当往路或复路工作时，则计为o 5 台。( 1 ) 机车周转次数= 各区段机车周转次数的总和。( 2 ) 机车周转次数= 各区段列车对数+ 多机牵引列车对数的总和。( 3 ) 机车周转次数= 回段机车台次数。机车周转次数是计算机车平均全周转时间。分析机车运用效率的必要资料。4 2 5机车辅助走行率机车辅助走行率( 又称为机车辅助工作率) 是指机车辅助走行公罩占总走行公里或本务机车走行公里的百分比。该项指标反映了机车担当辅助工作的情况，该项指标越小越好，机车辅助走行率指标的降低就是机车运用效率的提高。a = y s j y s 10o 4 2 6 单机走行率单机走行率是指单机走行公里占总走行公里或沿线走行公里、本务机车走行公里的百分比。该项指标反映了机车牵引力的利用程度，该项指标越小越好。a = y s a y s l00 北方交通大学： 程硕士专业学位论文4 2 7机车使用台( 日) 数一台机车工作24 小时，称为一个台只。为完成列车牵引任务而投入的机车台数与运用时间的乘积除以24 小时，即为该区段所使用的机车使用台( 日) 数。n yfr 244 2 8货运机车平均日产量货运机车平均日产量是指平均每台货运机车在一昼夜内生产的总重吨公里数。货运机车平均日产量指标是反映货运机车运用效率的综合指标，它从时间上和牵引力两个方面的利用情况来反映机车运用效率。货运机车平均日产量不仅反映了机务部门的工作质量，也反映了运输、车辆、工务、电务等部门的工作质量。货运机车平均日产量的计算方法很多，这里只介绍一种。i = m nm为货运机车牵引总重吨公里n区段投入机车台日数4 3单方向推定日班计划周转图机车交路模型为叙述方便，我们不妨称两条( 及以上) 铁路于线交会的地方为结点，结点所处的车站为结点站，编组站和区段站大多都是结点站。我们拓展结点的定义，由于地域的原因和管理的因素，将结点站在内的区域车站( 卫星站) 都称为结点站。在编制日班计划机车周转图所研究的领域内，结点站区域是机务段所在结点站以及周围卫星站。我们面对的机车交路有三种，但是由此派生出来的机车交路形式却有许多种。在路网的结点站，还可以产生多方向的复合交路。为不失一般性我们假设区段列车不成对，其中上行列车1 1 1 列，下行列车n 列，当m = n 时，上下行列数相等。在所有1 1 1 列列车中( n 亦然) ，有1 1 1 。，1 i i 。，1 1 1 1 i i 。种列车类型，决定了k 种机车方式。现对某个m 。，1 1 1 ，作机车交路图，这里1 1 1 j ，n 1 是同一类型的列车( 或同一机务段牵引的列车) ，投入了机车。对于每个记号的机车，有种路径，那么，这些目标函数的约束集，即是我们的各种编制参数与约定。北方交通_ 人学工程硕士专业学位论文4 3 1机车日班计划周转图编图路径网络图设任一台a ，机车，由于它是在图定区段内牵引，那末它从时间0 ( 1 8点) 出发到时间1 4 4 0 结束( 1 8 点) ，所在的第i 种方案为：圈4 1 机车路径网络图4 3 2机车e 1 班计划周转图交路推定计算公式对于上述网络规划闽题，其目标函数给定为f ，这里为机车f 计划目标函数。s t m i n 艺量f i j ( m 。，n j )s( b p c 0 2 0j = oj = 0k = o( a i j ，k - t j ) 0m a x 地( x )k = o北方交通大学1 ：程硕士专业学位论文1 8 点前机车过表台数( 时间为0 ) ；1 8 点后机车过表台数( 时间为1 4 4 0 ) ；第i 种类型第j 各站的第k 各到达时问；第i 种类型第j 各站的标准作业时间。第k 台机车的日效率指标。对各站点列车到发按序排列，建立a 。的( 0 一1 ) 矩阵及约束矩阵b 。、对两个矩阵的积求值，最小者和摄大者视为最优方案。4 4结点站多方向推定机车交路模型结点站由于处在某个路网的网络的中心，对任意方向的机车交路都具有上述特性，为从整体研究机车交路的最优求解问题。我们用x = x ，x2 ，x 。 ，记为可供选择的方案集，用y i = y yj 2 ，y i n ) ，记为第i 个方案的各属性值的集合，其中y 是第i 个方案的第j 个属性的值。用目标函数表示属性，则y 口为y = f i ( x ，)i = l ，2 m ，j 2 l ，2 ，n各方案的属性可用矩阵如图4 2 表示属性方案y ly2ynx 1y i iy 1 2y 1 。- - -x 月jy iy 2y h图4 2 机车交路决策矩阵我们称图4 2 为机车交路决策矩阵。求解这类问题的方法有很多种，如筛选方法中的优选法、连接法、分离法，加权方法中的简单权法，层次加权法，排序方法中的t o p s i s 法、线性分配法等等。本系统采用北方交通大学f 程硕士专业学位论文_ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ 一一方案优选和层次加权的方法。具体方法是将结点站蛛状结构分解为单方向结构进行方案求解，再将几种方案组合，按列车重要程度和效率指标分层加权，进行优选，给出最优解。4 5日班计划决策模型日班计划编制的诸因素中， u 。 与在途列车u 是相对应的， u 。还含有在编组站的机车保有量( 在编组站的整备机车的车号，到达时间，整备时间) 。根据上述因素，可编出某区段机车的工作计划：f ( t ) = u ( u 遣u u 。t u )约束条件：4 5 1日车公里s = 熹( 刘。+ 州4 5 2 机车供给平衡n = 0u 。+ 镕| | 自+ 0u 。一4 | | 自+ i ii j 。+ i 自+ 0u 。镕0 自u 。t + n ，u 。* 一连表示上下行的牵引机车。u 。t + * u 。；一表示上下行的整备机车。4 5 3机车日产量”2 志“u 对| |4 5 4检修计划a = ( a 。)4 5 5机车交付f = ( f m r 1 )4 5 6乘务员劳动时间c 。c 。小于超劳极限u 。c s = o北方交通大学t 程硕士专业学位论文c s 大于超劳极限u 。c s 2 14 5 7能量消耗v ( t ) = l l u ut u + u * u u 川4 5 8日班计划决策模型求解计算公式整个决策模