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基于p e t ri 网建模的企业铁路调度作业计划智能编排系统的研究 摘要 在我国冶金、石化、煤矿、港口、码头等重点行业领域中物品的运输量巨 大，大多数企业货物的运输主要是依靠企业自各铁路实现的，由于企业铁路作 业现场比较混乱，作业类型相当复杂，铁路运输生产调度目前仍主要处于以人 工指挥为主的模式。作为一个调度计划员，尽管可能经验丰富，但是仍有可能 存在疏忽和考虑不周的情况，而且人工方式很难给出最优的调度方案；随着我 国企业铁路基础设备现代化程度的提高，以及铁路运量的加大，迫切要求调度 作业计划编制的智能化，以达到提高调度计划的编制质量、节约资源、提高生 产调度的效率的目的。因此研究实现企业铁路物流运输调度作业计划的智能编 制是十分有意义的。本文正是在这一需求推动下，利用p e t r i 网对企业铁路调度 作业计划智能编排系统进行建模，引入变迁触发推理规则，对已建立的模型进 行时间知识的推理，以解决系统常见的问题。 本文第一章对铁路作业计划编排系统的发展和现状进行了研究并分析存在 的问题：第二章主要分析了企业铁路调度作业计划智能编排系统，介绍了调度 作业计划的基本概念及调度作业计划的制定过程；第三章介绍p e t r i 网基本理 论，包括p e 仃i 网的基本概念、基本性质，分析方法和高级p e t r i 网，并对企业 铁路作业计划编排系统进行p e 订i 网建模。第四章分析了基于p e 仃i 模型的智能 调度算法，介绍调度优化的相关理论与技术，主要介绍了专家系统，并将基于 p e t r i 网的时间知识推理方法应用于企业铁路作业计划编排系统中。 关键词：作业计划；时间p e t r i 网；专家系统；时间知识推理 r e s e a r c ho ne n t e r p r i s er a i l w a ys h u n t i n gt r i pp l a ni n t e l l i g e n t m a k i n gs y s t e mb a s e do np e t r in e t sm o d e l a b s t r a c t i no u rc o u n t r y , t h e r ea r et r e m e n d o u st r a n s p o r t a t i o na m o u n t si nt h ef i e l d so ft h ek e y i n d u s t r i e s ，s u c ha sm e t a l l u r g y , p e t r o l e u mc h e m i c a li n d u s t r y , c o a lm i n e ，p o r t ，d o c k ，e t c ，a n d t h et r a n s p o r t a t i o no ft h eg o o d sm o s t l yd e p e n d so nt h ee n t e r p r i s eo w n r a i l w a y b e c a u s et h e w o r kp l a c e sa r eal i t t l ed i s o r d e r , a n dt h et y p e so fw o r kp l a n sa r ev e r yc o m p l i c a t e di n e n t e r p r i s er a i l w a y , m a k i n gp l a n si ss t i l la c c o r d i n gt om a n u a lm o d e a sad i s p a t c h i n g p l a n n e r , i nd e s p i t eo fa b u n d a n te x p e r i e n c e ，i sl i k e l yt on e g l e c ts o m e t h i n ge l s e ，m o r e o v e r t h em a n u a lm o d ei sd i f f i c u l tt ob eab e s td i s p m c h i n gp r o j e c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to f e n t e r p r i s er a i l w a y b a s i ce q m p m e mm o d e r n i z a t i o na n dt h ei n c r e a s eo fr a i l w a y t r a n s p o r t a t i o nq u a n t i t yi n o u rc o u n t r y , r e a l i z i n gt h es h u n t i n gt r i pp l a n st ob ed r a w n i n t e l l i g e n t i z e di sm o r ea n dm o r eu r g e n t i no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h es h u n t i n gt r i p p l a n s ，s a v er e s o u r c e ，i n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo fd i s p a t c h i n g ，i t sm o s ts i g n i f i c a t i v et o r e s e a r c ho nr e a l i z i n gt h es h u n t i n gt r i pp l a n st ob ed r a w ni n t e l l i g e n t i z e di ne n t e r p r i s e r a i l w a y u n d e rt h i sd e m a n dp r o m o t i o n ，t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ee n t e r p r i s er a i l w a ys h u n t i n g t r i pp l a ni n t e l l i g e n tm a k i n gs y s t e mm o d e lu s i n gp e t r in e t s ，a n di m p o r t st h et r a n s i t i o nf i r i n g r e a s o n i n gr u l e s ，a n dp e r f o r m st e m p o r a lr e a s o m n gb a s e do nt h ee s t a b l i s h e dm o d e lt o r e s o l v et h ec o m m o np r o b l e m so fs y s t e m t h ef i r s tc h a p t e ro ft h i sp a p e rr e s e a r c h e st h ed e v e l o p m e n ta n da c t u a l i t yo ft h er a i l w a y p l a ni n t e l l i g e n tm a k i n gs y s t e m ，a n da n a l y z e st h ee x i s t e n ti s s u e s t h es e c o n dc h a p t e r m a i n l ya n a l y z e st h ee n t e r p r i s er a i l w a yp l a ni n t e l l i g e n tm a k i n gs y s t e m ，i n t r o d u c e st h eb a s i c c o n c e p t so ft h es h u n t i n gt r i pp l a na n di t sd r a 谢n gp r o c e s s t h et h i r dc h a p t e ri n t r o d u c e st h e b a s i ct h e o r i e so fp e t r in e t s ，i n c l u d i n gt h eb a s i cc o n c e p t s ，p r o p e r t i e sa n d a n a l y z i n gm e t h o d s ， a n du s i n gp e t r in e t sd e s c r i b e st h ee n t e r p r i s er a i l w a yp l a ni n t e l l i g e n tm a k i n gs y s t e mm o d e l t h ef o u r t hc h a p t e r a n a l y z e st h ei n t e l l i g e n td i s p a t c h i n ga l g o r i t h mb a s e do np e t r in e t sm o d e l ， i n t r o d u c e st h et h e o r i e sa n dt e c h n o l o g i e so fd i s p a t c t f i n g o p t i m i z a t i o n ，a n dm a i n l y i n t r o d u c e st h ee x p e r ts y s t e m s ，a n du s e st h et e m p o r a lr e a s o n i n ga l g o r i t h mb a s e do np e t r i n e t st oa p p l yt ot h ee n t e r p r i s er a i l w a yp l a ni n t e l l i g e n tm a k i n gs y s t e m k e yw o r d s ：s h u n t i n gt r i pp l a n ；t i m e dp e t r in e t s ；e x p e r ts y s t e m s ；t e m p o r a lr e a s o n i n g ； 插图清单 图2 1 调度作业计划单8 图2 2 调度作业计划编排事务流程图1 0 图3 1p e t r i 网的图形表示1 5 图3 2 数据处理的p e t r i 网模型1 8 图3 3 数据处理功能子网2 0 图3 - 3 几个时间p e t r i 网例子2 3 图3 4 列车与轨道区段的简单模型2 4 图3 5 轨道区段与列车运行的模型2 6 图3 - 6 作业系统的p e t r i 网模型2 8 图3 7 存在冲突可能的p e t r i 网模型2 9 图3 8 利用结构冲突库所解决冲突的p e t r i 网模型3 0 图3 - 9 一个火车路径选择的示意图3 1 图3 1 0 基于优先级调度规则的扩展p n 表示3 1 图3 1 1 具有优先级的作业系统的p e t r i 网模型3 2 图4 1 专家系统的基本结构3 6 图4 2 专家系统的一般结构3 6 图4 3 专家系统的理想结构3 7 图4 4 正向推理过程流程图4 2 图4 5 反向推理过程流程图4 3 图4 - 6 混和推理过程流程图4 4 图4 7 调度计划编制流程图4 5 图4 - 8 模糊时间区间示意图4 6 图4 - 9 时间p e t r i 网模型的时间等效压缩变换4 8 图4 1 0 时间p e t r i 网的顺序模型4 8 图4 。1 1 时间p e t r i 网的并发模型4 9 图4 1 2 时间p e t r i 网的选择模型5 0 图4 1 3 时间p e t r i 网的选择模型的特例5 0 图4 1 4 时间p e t r i 网的循环模型5 1 图4 15 两单作业计划的p e t r i 网模型5 3 表3 1 调度作业计划单1 表3 - 2 调度作业计划单2 表4 1 调度作业计划单3 表4 - 2 调度作业计划单4 表4 - 3 调度作业计划单5 表格清单 2 7 2 8 5 1 5 1 5 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金胆王些友堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名 熏专褥 签字日期舢f 年月r e 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒墅兰些友堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 金艘王些太堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位做储签名：曼专恐 签字日期：d - 6 年c , nf 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签字日期：年月日 电话 邮编： 致谢 本文是在导师魏臻教授的严格要求和悉心指导下完成的。在三年的研究生 学习期间，魏老师对我的学习和生活均关心备至，倾注了大量的心血，使我在 各方面均有长足的进步。魏老师活跃的学术思想，渊博的知识，坚韧的毅力， 忘我的工作态度，超凡的管理才能，对事物敏锐的观察力都令我钦佩不已，给 我留下了深刻的印象。魏老师对我的鼓励和帮助，将使我终生受益。值此论文 完成之际，谨向导师致以衷心的感谢。 感谢我的同学鲍红杰、杨海潮，张景达、李晓鹅，他们在生活和学习上都 给了我很大的帮助与鼓励。同时还要感谢其他老师和同学在我攻读硕士学位期 间给予我无私的帮助和友情。还要特别感谢合肥工大高科程磊、杨伟等几位同 志，他们在我学习和项目研发上给予了莫大的帮助和指导。 同时，我要感谢父母、姐姐、弟弟和其他家人对我的支持和关爱，是他们 在背后默默的支持使我能顺利的完成三年的研究生学业。 最后，真诚地感谢有关专家和学者对本文的评阅和指导。 作者：王雪辉 2 0 0 6 年5 月2 0 日 1 1 本文的研究背景及目的 第一章绪论 在大多数国家中，铁路系统分为国家正线铁路和企业自备铁路两个部分， 国家正线铁路面向跨地区的旅客、货物运输，常常是一个国家的重要经济命脉： 企业自各铁路作为正线铁路的延伸，由非铁路企业自身建设与管理，主要任务 是在企业内部承担原材料、产成品的进出以及半成品的内部运输，是企业生产 的重要基础设施。随着世界各国经济与技术的发展，交通运输已经成为经济生 活的重要方面，特别在我国，多年以来铁路都是一种极为重要的交通模式，全 国的6 0 的货物运输和4 0 以上的旅客运输都依赖铁路完成。铁路是国民经济 的大动脉，大幅度提高运输能力是铁路发展的首要任务，目前我国铁路正向着 重载、高速、高密度的方向发展。这不仅对整个铁路交通系统的车务、机务、 电务、工务等各个组成部分提出了新的要求，而且必须采用新技术，新策略才 能确保铁路系统的可靠安全运行。 企业铁路站场调度作业计划( 也称为调车作业计划、调车计划) 制定的好 坏直接关系到车站设备是否得到综合有效利用，关系到是否能全面高效地完成 运输生产任务，从而影响到企业的生产、经营和管理效率。作业计划的编制要 考虑到许多复杂因素，不仅要考虑混合分批( 即：一个调度计划单有多项调度 作业内容) 、负荷平衡等问题，还要根据优化目标进行作业的静态调度和动态 调度，从而实现对车流、调机以及各作业子系统的控制车流的有效续接等，作 为一个调度计划员，尽管可能经验丰富，但是仍有可能存在疏忽和考虑不周的 情况。更重要的一点就是，人工很难给出最优的调度方案。为了提高调度计划 的编制质量、节约资源、提高生产调度的效率，研究实现企业铁路物流运输调 度作业计划的智能编制是非常有意义的。 调度作业计划智能编排系统就是对目前人工编排计划的操作方式进行改 进，实现由计算机根据当日的运输生产作业计划、生产作业即时信息、站场存 车情况自动编排出合理的调度作业计划并辅以人工确认。系统在正式投入使用 后能够提高调度作业计划制定的准确率，减轻调度计划操作员制定计划的负 担，增加作业连贯性，提高机车作业的利用率。 1 2 国内外研究概况 解决车站在既定配置下的优化作业组织方式一直是铁路工作者潜心研究 的重要课题。在铁路调度系统中研究调度作业计划的智能编制的研究方法虽 然各有特色，但最终手段都是要建立编制模型和设计相应的算法，并借助计算 机实现编制计划。由于各国的铁路运输组织模式千差万别，从而就调度作业计 划编排的研究手段也互不相同。 欧美铁路大多数采用列车大，密度小的组织模式，对车站调度作业计划研 究的较早，由于其铁路运输能力富裕，研究者更注重学术价值而和实际的技术 作业关系并不密切 2 】【。o g u l b o d s e n 在1 9 6 3 年就运用运筹学方法对编组站作 业计划进行优化研究【2 j ；t ，c r a i n i c 等于1 9 8 4 年结合路网上列车进路、编组计 划等，对运用时空网络方法建立数学模型方面进行了开创性研究【4 】；而 m h k e a t o n 对铁路运输计划的优化进行了相关的研究，即从路网上数个不同站 间相互协调作业的观点出发，通过建立0 。1 规划模型，利用拉格朗曰松弛等启 发式方法( h e u r i s t i ca p p r o a c h e s ) 来限定变量的个数，并将目标函数定为列车的编 成费用、车小时费用最小【5 l “。日本铁路编组站在6 0 年代逐步建立了自动化系 统( y a c s ) ，这是一种自动化程度较高的编组站情报处理系统。编排计划由“日 计划”和“阶段计划”两部分组成。这个系统和欧美研究的系统不同之处在于将 每日可能遇到的各种类型的列车( 如始发列车、终到列车等) 及其可能执行的作 业、利用的设各综合成种称为“位模式”的表( b i tp a t t e r n ) ，该表中规定了各类 型列车应该执行的技术作业以及作业进路。在制定计划时，首先由每天具体车 流生成日计划文件，然后根据实际情况修订日计划文件，再做成具体作业计化 ( 调度计划) “1 。 中国铁路沿袭前苏联铁路的方法，计划工作一直靠手工操作，调度系统虽 都有“计划台”，但基本上都是辅助调度员绘制运行图的工具，缺少辅助系统决 策的功能，仍处在“一台电话，支笔，一把尺子，一张图表”的手工阶段。我 国对于调度作业计划的智能编排的研究文献不是很多，主要进行的相关工作是 车站能力优化设计及设计评判方面 8 1 。近年来，针对调度作业计划的智能编排 的算法，我国也进行了相应的研究 9 【10 1 1 1 。早期的算法大都是基于传统的最优 化理论之上的，这些方法在实际应用中存在许多缺陷。如计算量很大，无法满 足实时性要求，易组合爆炸等，除此之外，这些传统的方法无法反映调度员的 知识和他的那些行之有效的经验性策略，不具备调度员所具有的智能。 随着计算机技术，尤其是人工智能优化算法理论的日益普及和飞速发展， 使计算机应用从数据处理进一步深入到知识处理乃至模拟人类的智能活动中， 也为借助计算机模拟人的思维推理过程进而解决那些难以用一般数学方法求 解的非确定性问题提供了新的思路f 豫】。文献【1 3 1 首次将专家系统的思想引入了 铁路分局日班计划中的一个子问题一卸车计划的编制问题，文中根据专家经验 对管内工作车进行评判分类。这是将人工智能应用于铁路分局日班计划中的一 个有益的尝试。 文献【l2 j i l 4 1 对车站日班计划编制专家系统进行了总体结构设计说明。首先 从具有丰富经验的值班站长那里获取知识和经验，将其分类整理，建立相应的 2 知识库，并将知识以某种形式存放进去。为了模仿人类专家的推理过程，形成 推理算法，使用计算机编程形成推理机。同时将p e t r i 网引入车站状态与作业 相互关系的分析中，提出了在串行计算机上模拟车站作业并行性的新方法，为 人工智能理论方法在铁路调度作业计划的智能编排的研究开辟了一个良好的 开端。 从总体上讲，我国在铁路作业计划编排的人工智能方法实现上还处于理论 探讨的初级阶段，而专家系统的理论发展将为调度作业计划实现智能编制奠定 有力的理论基础。 1 3 研究难点及本文的解决思路 1 3 1 研究难点 铁路调度作业计划的编制主要要解决三个相互联系的问题l l s ，即列车的出 发计划，调度机车运用计划和到发线运用计划。同时由于系统中各个作业子系 统相互协调强烈，计划编制时，不仅要考虑车流的推算，还要把调机运用计划、 到发线安排计划和进路等统筹安排。如前所述，要借助计算机实现编制计划的 智能化，最终手段都是要建立编制模型和设计相应的算法。尽管大量的研究者 己经进行了多年的研究却始终未能真正地应用于现场，其中主要的原因是铁路 作业计划编排系统尤其是企业铁路的作业计划编排系统是一个庞大的系统，现 场中的些情况错综复杂，好多因素难以从数学模型的角度加以考虑，有些因 素( 如人为因素) 无法用数学语言的方式加以描述，更谈不上数学化了。因此， 寻找一种有效的建模方法来描述企业铁路调度作业计划智能编排系统的数学 模型是很有意义的。 近年来，关于铁路的调度算法逐渐向人工智能方向发展，尤其是建立调度 作业计划的专家系统更是研究热点之一。利用搜索、推理和规划等多种专家系 统中的方法求优化解，能够解决多资源约束和多目标优化等复杂的调度问题。 然而，调度算法的技术研究中的核心问题均面临时间知识的处理【l ”，同时这也 是人工智能理论的难点之一，如验证受时间约束的列车运行调整方案的可行 性；列车运行专家系统中基于时间的知识推理等。目前，基于时间约束的知识 表述方法和时间知识的推理算法均不多，如何有效的表示时间、研究高效的定 量分析方法等成为列车群行为建模的关键问题，也是难点问题【1 7 【1 8 】。 1 3 2 本文解决问题的思路 针对上述在调度作业计划的智能编排的理论和方法的研究上存在的难点， 本文提出了如下的解决思路： 1 ) 深入分析调度作业计划的制定过程，并对相关概念进行了详细的说明， 从更高的层次上来认识调度作业计划智能编排系统，为调度算法的研究提供了 实际依据。 2 ) 调度作业计划智能编排系统是铁路智能运输调度系统一重要组成部 分，又是一种典型的离散系统。利用p e t r i 网对离散系统进行建模分析是最近 几年来刚刚开始的研究工作 1 9 2 0 】。p e t r i 网具有易于描述系统的并发、竞争、 同步等特征，提供了一种以图形和数学为基础的形式化建模的方法，采用抽象 和求精的机制，很好的满足了系统建模、验证及实现方面的众多需求。将p e t r i 网建模分析与铁路运输系统相结合是铁道部科学研究院于2 0 0 0 年开始进行的 国内开创性的研究 2 l 】【2 2 1 ，应用p e t r i 网对铁路系统进行建模，能构造出一个模 拟列车车间、列车与车站间相互作用、相互影响的框架式模型。本文利用p e t r i 网对调度作业计划智能编排系统进行建模，首先是对基本的轨道区段建立p e t r i 网模型，可以实现对列车运行的模拟；接着利用时间p e t r i 网对调度作业计划 进行建模，为后续的推理方法研究提供了数学模型。 3 ) 针对铁路调度算法研究中面临的时间知识处理的问题，利用p e t r i 网具有 较好的时间之间的因果相关性的特征，为解决时间知识问题提供了一条有效途 径。目前，基于p e t r i 网的推理方法1 2 3 】 2 4 1 2 5 j 主要有：在p e t r i 网中引入线性逻辑 的推理，基于可达树的推理，等价矩阵方法，演绎或分解技术等，而基于p e t r i 网的时间知识推理更是p e t r i 网研究领域的热点问题 2 6 3 0 。本文在系统的p e t r i 网模型基础上，引入变迁触发规则和模糊时间函数的四种时间运算关系，进行 时间知识的推理。最后，利用时间知识推理方法对调度作业计划编排系统的一 系列常见问题进行有效的分析，并给出解决方案。 1 4 课题的来源及论文组织结构 课题来源于国家8 6 3 计划项目“企业铁路智能运输调度综合信息平台”，主 要面向上海宝钢梅山钢铁公司所覆盖的各自备铁路站场进行应用。本文根据企 业铁路运输系统的特点，研究用p e t r i 网对企业铁路调度作业计划智能编排系统 进行建模，同时对基于p e t r i 网的时间知识推理算法展开进一步的探讨。 具体的内容组织安排如下： 1 ) 针对企业铁路调度作业计划智能编排系统的发展和现状，深入探讨了作 业计划智能编排的算法理论研究状况，分析存在的研究难点，并提出了解决问 题的思路。 2 ) 分析企业铁路调度作业计划智能编排系统，介绍调度作业计划的基本概 念，以及调度作业计划的制定过程。 3 ) 介绍p e 仃i 网基本理论，包括p e t r i 网的基本概念、基本性质，分析方法， 高级p e t r i 网，并对企业铁路调度作业计划智能编排系统进行p e t r i 网建模。 4 4 ) 分析基于p e t r i 模型的智能调度算法，介绍调度优化的相关理论与技术， 主要介绍了专家系统，并将基于p e t r i n 的时间知识推理方法应用于企业铁路调 度作业计划智能编排系统中。 5 ) 工作总结。 1 5 本章小结 本章首先介绍了企业铁路调度作业计划智能编排系统的研究意义，然后分 析了国内外理论与应用的研究状况，并提出了作业计划编排系统的研究难点与 本文的解决思路，最后阐述了本课题的来源和论文组织结构。 第二章企业铁路调度作业计划智能编排系统及其分析 随着我国企业铁路信息化和智能化开发和建设的脚步逐年加快，由于多方 面的原因，在某种程度上造成了建设的重复投资，这己成为我国企业铁路发展 过程中一个亟待解决的突出问题，实现企业铁路运输系统的智能化也成为了当 务之急【3 1 1 。企业铁路智能调度系统涉及的领域相当广，根据系统的不同功能， 至少要包含三个子系统：一是运输管理系统a t m s ( a d v a n c e dt r a n s p o r t m a n a g e m e n ts y s t e m ) ，通过自动编制各级运输计划，对车辆装卸和列车运行进 行控制与指挥，动态调整路网车流分布，智能生成预防策略，保证运输畅通和 运输任务的完成：第二个子系统是用户信息系统a u i s ( a d v a n c e du s e r i n f o r m a t i o ns y s t e m s ) ，包括先进的货运服务系统等；第三个子系统是列车控制 与安全系统a t c s s ( a d v a n c e dt r a i nc o n t r o la n ds a f e t ys y s t e m ) ，包括智能列车控 制系统，道旁接口单元系统等【3 2 】【3 3 1 。 企业铁路调度作业计划智能编排系统是寻找一个合理的调度方案，将列车、 调机和轨道等共享资源进行台理的分配，以最少的资源、时间和费用来完成给 定的生产任务，属于企业铁路智能调度系统中的一个子系统一运输管理系统。 调度作业计划制定的好坏直接关系到车站设备是否得到综合有效利用，关系到 是否能全面高效地完成运输生产任务，从而影响到企业的生产、经营和管理效 率。鉴于目前国内调度作业计划大多数是以人工方式来制定，效率低、编排质 量不高，研究企业铁路调度作业计划的智能编排是很有意义的一项工作。下面 首先介绍调度作业计划的一些基本概念。 2 1 调度作业计划的基本概念 2 1 1 调度作业计划的编制原则 调度作业计划是车站有条不紊运行的重要保证，因此在编制和执行计划时， 必须遵循以下原则： 1 ) 集思广益，不断提高计划编制和兑现水平。 2 ) 树立全局观点，坚持“一卸、二排、三装”的运输组织原则。 3 ) 组织均衡运输，挖掘设备潜力，经济合理的使用机车车辆和其它运输设 备，提高运输效率。 4 ) 遵章守纪，确保安全生产。 5 ) 服从上级调度的统一指挥，严肃计划纪律，严格按计划办理，质量良好 的组织实现。 2 1 2 调度作业计划的主要内容 调度作业计划的主要内容包括i l5 j ： 1 ) 到发线使用计划，包括本阶段到达、通过和出发的各次列车占用股道和 列检组检修车辆的具体安排。 2 1 到达列车的解体顺序，作业起止时分。 3 ) 始发列车编组作业的起止时分。 4 ) 取送作业的时间和内容。 5 1 调度机车运用计划。 2 1 3 调度作业计划的基础工作 在编制作业计划之前必须做好一些基础的工作，是编制好计划的重要前提。 1 现在车的掌握：车站的重要工作之一是组织调度工作。如果组织指挥者 对车站车辆的数量及其分布情况掌握不清，调度作业计划与调度指挥就失去了 依据，实际作业中必然发生混乱，因此准确地掌握现在车是车站运输组织的一 项重要基础工作。 ( 1 ) 掌握现在车总数 现在车总数即为所有空车、重车在各车场的停留总数，主要用于编制班计 划和阶段计划。统计和推算现在车总数的方法，是各车场随时将本场的货车出 入进行登销，并经常与现车实际核实，收取汇总后，即可算出全站各类车别的 数量。调度员根据编制计划的需要，应及时推算未来各阶段的现在车数。 ( 2 ) 掌握各股道停留车的排列顺序 各股道停留车的排列顺序是编制调度作业计划的主要依据，在实际操作中 要与调度作业计划同步调整进度。 2 ，预确报工作：预确报是车站与调度所、车站与车站、站内各车场间相互 通报列车或车组内容的资料。正确及时的预确报是有计划的组织车站工作的前 提。如列车的接发、车流的接续、机车的运用、列车的编解、车辆的取送、装 卸机具及劳力的准备等各项车站作业计划的安排。预确报是编制车站作业计划 的重要依据，直接关系到计划的准确程度和质量的高低。预确报的内容应包括 车次、时间编组内容三部分。列车运行图上的每一车次，都有固定的发到时刻， 因此车次本身就表示了时间，列车( 或车组) 的编组内容是预确报的主要部分。 3 报告联系制度：车站作业计划由车站、机务段、列车段、车辆段、工务 段、电务段等及厂矿企业和搬运部门共同协作才能完成。为及时掌握安排作业 进程，必须实行有效的报告联系制度。 4 交班基础：铁路运输生产是连续不断的。这种连续性就要求车站有关各 项工作，特别是运转工作要不间断地进行。但换班要造成作业的中断，使作业 失去衔接，不仅影响效率，而且给接班后的工作带来困难。为此，多数站采取 了交班者为接班者打好基础的办法，并形成制度。 2 1 4 调度作业计划的表示形式和填记要求 目前，调度作业计划虽然没有形成一个统一的表示形式，不同的企业其调 度作业计划的表示形式可能会有所不同，但是计划的表示方式都比较相似，以 上海梅山钢铁公司的调度作业计划单来进行示例。调度作业计划单的具体形式 如图2 1 所示。 计划编号机车号轨道 方式 数量 方向 日的 0 0 1 0 9 28 道 +51 编解 0 0 20 9 2 7 道 + 0 0 30 9 2 1 0 道 + 0 0 40 9 2 烧5 0 0 50 9 2 古7 6 0 编解 2 1编解 4 0 装车 90 出站 图2 1 调度作业计划单 在调度计划单中，每一行表示一勾计划，每勾计划包括的内容有；计划编 号、机车号、轨道、方式、数量、方向、目的等。其中计划编号代表该计划的 具体的勾数；机车号是工作机车的编号；轨道指的是机车所运行的轨道编号； 方式的表示符号有三种：+ 、一、0 ，符号“+ ”表示挂车，符号“一”表示摘车， 符号“o ”表示调头( 或者通过) ；数量指的是该勾计划需要操作的车辆数，如 果操作方式为“o ”则数量为空或0 ；方向的表示是按机车头进来的方向来规定 的，符号1 表示从东面进，符号“0 ”表示从西面进；目的指的是作业类型，主 要包括取送、站整、过磅等类型。在取送中有包括以下几种作业：梅山装矿作 业、翻车作业、煤区取送作业、站内取送作业、工艺区过磅作业、高炉前铁水 罐车取送作业、重罐拉至地磅处、重罐拉至铸铁机处、空罐迸罐房、钢厂倒罐 站、混铁炉取空罐等。 根据“调规”、“站细”的规定，对绘制调度作业计划的一些具体要求如下： 1 ) 作业计划用黑线铺画，实际完成情况用红、蓝线记录。到最后，计划线 将被实绩线代替。 2 ) 作业计划开始时的现在车数，应填写上阶段的结存数；各到发场的到发 线上停留的待解、待发列车，应填写车次；调车场各股道等处的结存车应填写 车数。 3 ) 到达列车，在列车到发栏内，填画列车到达运行线和到达时刻，并注明 车次；在到达时刻处用垂直线引入到发场栏的接车股道。列车到发线的时间， 用横线的长短表示，并注明列车技术检查完了时间。解体列车，由解体作业开 始时用垂直线将车列由到发线栏引入驼峰栏，直到解体作业完了，并注明起止 时分，表示该列车占用驼峰的时间。车列解体完了，车辆即分解于调车场各股 道之内，用垂直线将其由驼峰栏引入调车场，并在垂线右侧注明各股道的累计 结存车数，即解体列车甩入该股道的车数加该股道原有车数。如解体列车未使 该股道车辆有所增减，则将原有车数重填一次。 4 ) 出发列车。中转出发列车，可用引线由到发线直接引至列车出发栏，并 填画出发列车运行线，注明车次和开车时间；自编出发列车对集结够规定辆数 ( 牵引定数) 的调车场内的车辆，从编组作业开始就将其圈定，并在圆圈右侧记 明编组后剩余车数。编组完了，引入列车出发线进行出发作业。 5 ) 车辆取送，按取送时间填记车辆的转移。 2 2 调度作业计划制定的过程 2 2 1 企业铁路站场调度作业计划编排的事务流程 以上海梅山钢铁公司为例来分析调度作业计划编排的事务流程，如图2 2 所示。首先是部调中心的调度员通过电话和产销系统及相关生产作业单位进行 联系，然后根据掌握的信息资料情况结合企业的生产任务，制定当天的生产作 业计划。生产作业计划形式如下：梅山一次、t c 2 5 辆；翻车澳块、梅精；码头 t c 一批2 5 辆；废钢送码8 线；装板卷7 节；码8t c 扣罐送废钢。然后将此计 划记录在当天的生产作业大表上，并通过电话向两个区域中心( 编组站、炼铁 站) 下达当天的生产作业计划。区域中心的计划员接班后首先和部调中心计划 员核实生产作业计划，然后联系装卸点的作业情况，联系古雄停留车情况，料 厂情况。下面计划员的任务就是怎样进行合理的安排制定具体的调度作业计 划，计划员制定作业计划的前提条件是：他必须非常熟悉自备铁路站场； 实时掌握每个机车的运行状态；车皮的装载状态和停放位置；装卸点的货 物资料。计划员实时的掌握这些资料，他才能进行安排制定调度作业计划。另 外计划员在制定调度作业计划时一般会有一些原则：对于部调中心强调的作 业内容，计划员优先安排此类计划；对某些机车有一定的估计作业时间，例 如去梅山装矿的作业，翻车机的作业。只有这些作业完成之后，才可能安排额 外的计划；对于一些约定俗成的作业，如送焦化煤、1 5 道外运成品、码头接 矿、水渣装车等，完全由区域中心的计划员自己和用户方单位联系，随时安排 作业计划；区域中心的计划员自身的作业习惯；对于铁水作业，完全由炼 铁区域的计划员随时和铁厂、钢厂进行联系，安排作业计划，因为铁水作业的 实时性，此类计划随时可能变更，在遇到作业冲突的时候，也是由区域中心的 计划员直接和铁厂、钢厂进行联系，以保证生产作业及时性为原则进行计划变 更。另外在送铁水时，一般情况下送往钢厂，只有在钢厂用不完的情况下才送 往铸铁机。计划员制定的调度作业计划通过打电话的方式通知机车的司机，让 其去完成具体的作业任务。比如说让其到5 道去拉2 0 辆车皮，再去4 道去装 煤矿然后拉到烧结线卸车。另一方面要通知铁路控制部门开信号灯、扳道岔为 机车的行驶开放进路。在机车作业的同时，还要有专门的人员负责时刻记录、 统计机车的作业情况、铁路上的车皮停放情况和装载情况。把这些信息反馈给 计划员，计划员再根据这些信息来合理的安排制定新的作业计划。 图2 - 2 调度作业计划编排事务流程图 2 2 2 调度作业计划制定的过程 在企业铁路运输生产中，调度作业是运输的主要组成部分，调度作业计划 是调度工作的基础和依据。在作业计划的制定和执行过程中会有许多问题需要 进行决策，有些问题可以定量地描述，而有些只能定性地概括。对这些问题的 处理也有许多方法，并会随着处理方法的不同影响后续决策问题的产生与处 理。调度作业计划的制定过程就是一个决策方案的形成过程，它经过以下过程： 1 ) 确定决策目标：根据运输需求确定调度作业计划的类型和内容，如取、 送，编组，解体等作业计划； 2 ) 选择确定决策行动范围和环境：为制定的作业计划寻找、选择和确定 所需车辆的范围； 3 ) 检查制定作业计划内容：根据作业计划类别制定作业计划，并用一定 1 0 的规则、方法检查计划内容是否符合要求，如调规、技规等； 4 ) 决策：选用在不同的调度作业环境下( 时间、股道、车辆、货物装载状 态、调度机车、决策者等) 用不同的决策方法( 规则) 来解决产生的决策问题； 5 ) 执行结果预测：决策规则的选用会产生决策结果，并通过有关车场、 股道、车辆等状态的变化反映出来，还可能对后续决策问题的发生和决策行为 产生影响； 6 ) 检验与评价：根据初始目标，按省时、高效的原则检验和评判形成的 作业计划。 2 2 3 调度作业计划的功能需求 调度作业计划智能编排系统的功能主要是根据运输生产计划、相关协作单 位的生产运输设施利用情况及实时的运输要求、以及站场存车情况，自动制定 出符合企业生产要求和规律的调度作业计划，其功能可细分为： 1 ) 运输生产计划的制定：根据企业生产和相关业务单位的运输需求，确定 运输生产作业计划的内容。部调值班员可以通过选择相应的计划类别和计划必 备条件，并辅以一定的输入条件，如辆数，即可制定出系统可识别的完整的运 输生产作业计划，从而避免值班员过多的输入操作，同时也降低了系统识别运 输计划的难度。同时系统也能够接受网上委托的运输生产需求，并将其转化为 系统可识别的运输生产计划。 2 ) 作业路径选择：根据运输作业计划，系统可以找到优化的作业路径，在 多台机车作业的过程中，要俣证不会出现作业冲突，并保证整个站场内多台机 车作业的连贯性，在找到多条路径的情况下，既可以推荐最佳路径，也可以允 许计划员对路径进行人工选择。 3 ) 调度作业计划的生成：根据作业路径、站场内车辆分布情况、站场内货 物分布情况、各生产作业点传送来的生产作业信息、其它机车所在的位置及预 计作业位置制定出比较合理的调度作业计划。 4 ) 实现与相关应用系统的接口：实现和调度计划发送模块之间的接口，使 制定出的计划能够发送到铁路信号计算机联锁系统、机车作业信息平台、物流 管理系统。并实现与各个系统的信息交互与信息共享。 5 ) 对各种铁路运输生产作业的编排要具有先后次序控制：对运输生产作业 计划设定优先级。 6 ) 系统操作的权限控制：设置系统管理员、调度员、调度计划员三级权限。 系统管理员可以维护系统基础数据；部调中心调度员制定运输调度计划；各区 域中心计划员只能制定各子区域的调度作业计划，并可对未执行的运输生产作 业计划进行修改。 7 ) 具有一定的组态功能，系统管理员可以根据实际作业需要，进行基础数 据输入、修改，包括线路区段以及车辆、机车的基本参数、使用规则；站场运 输调度作业的特定规范；制定添加特定作业计划流程及作业计划勾形式限制， 以及计划编排的特定规则等等。 8 ) 具有手工干预的功能。 9 ) 具有调度计划的修改查询等管理功能。 1 0 ) 具有辅助设计工具，用于在工程实施中根据不同站场和运输作业流程 方便快速的进行系统设计。 2 3 本章小结 本章首先介绍了调度作业计划的一些基本概念，包括传统方式下调度作业 计划的编制原则、主要内容、基础工作、表示形式和填记要求，最后详细阐述 了调度作业计划制定的过程与难点。 1 2 第三章p e t r i 网的相关理论以及调度作业计划智能 编排系统的建模 p e t “网理论 3 4 】 35 】是联邦德国的c a r la d a mp e t r i 于1 9 6 2 年在他的博士论文 “c o m m u n i c a t i o nw i t ha u t o m a t a ”中首先使用网状结构模拟通信系统。这种系统模 型后来就以他的名字命名为p e t r in e t 。现在p e t r i 网既指这种模型，又指以这 种模型为基础发展起来的理论。p e t r i 网理论能够对具有并行( p a r a l l e l i s m ) 、并 发( c o