Обоснование параметра выигрыша в задачах оптимизации перевозочной работы локомотивов

АННОТАЦИЯ

Представлены результаты исследования по выбору параметра выигрыша в задачах оптимизации перевозочного процесса для локомотивов дизельной и электрической тяги в эксплуатации при различных условиях организации железнодорожных перевозок грузов и пассажиров.

ABSTRACT

The paper presents the results of a study on the choice of the payoff parameter in the problems of optimization of the transportation process for diesel and electric traction locomotives in operation under various conditions for organizing railway transportation of goods and passengers.

Ключевые слова: исследование, параметр выигрыша, локомотив, показатель, эффективность, перевозочная работа, оптимизация, задача.

Keywords: research, payoff parameter, locomotive, indicator, transportation work, efficiency, optimization, task.

От правильности выбора параметра выигрыша В, то есть некоторого наиболее важного показателя итогов перевозочного процесса, во многом зависит вся направленность решения задачи оптимизации и все практические последствия работы при выбранном оптимальном управлении. Для выбора параметра выигрыша В необходимо хорошо знать особенности процесса, все затраты, связанные с ведением процесса и структуру результатов его [5]. Общей целью всякого производства и отдельных процессов является выпуск запланированной продукции Пр при минимальных затратах З. Очевидно важным является организовать учет объёма продукции Пр в равнозначных по затратам единицах, что позволит правильно делать сравнения и выводы, о чём уже говорилось [1].

Величину затрат З можно выражать различно, однако общей единицей их всегда является денежное выражение.

За выигрыш должен приниматься наиболее важный параметр (показатель) итогов работы, характеризующий либо продукцию Пр, либо их соотношение, что удобно при меняющихся или неодинаковой в рассматриваемых случаях величине продукции Пр.

За выигрыш В принимается параметр, который можно выразить численно и он должен быть единственным при выражении конечной цели процесса. Параметр выигрыша В является одной из координат фазового расстояния объекта (поезда) и все зависимости, определяющие связь параметры  выигрыша В и при сложившихся условиях работы независимых переменных УФ [1].

В практических условиях выявление путей улучшения процесса работы, то есть снижения затрат З и повышения продукции Пр имеет важное значение и ставятся такого рода задачи повседневно. Ведение процесса необходимо организовать на основе рекомендаций, полученных при оптимальных решениях, охватывающих все стороны процесса в соответствии с выбранным параметром выигрыша В. Только в таких случаях можно получить наибольший эффект. В этом важная и новая сторона внедрения оптимизации, исключая многочисленные ошибки производственной деятельности. Необходимо проводить мероприятия по увеличению продукции, снижению затрат, повышению производительности и улучшению использования мощности оборудования и прочее на основе выбора оптимальных решений, обеспечивающих достижение наибольшей эффективности производства.

Выбор выигрыша производят с учётом возможности достижения указанной выше задачи. Структура параметра выигрыша В, включающая затраты З, является димерной.

В задачах оптимизации перевозочной работы локомотивов можно подразделять параметр выигрыша В на эксплуатационную, энергетическую и экономическую разновидности, которые обозначены в табл. 1.

Таблица 1.

Классификация параметра выигрыша в задачах оптимизации перевозочной работы локомотивов

Из возможных параметров выигрыша В выбирается тот, который в данной задаче оптимизации охватывает все стороны процесса и приводит к достижению поставленной цели. Так, например, для оптимизации поездок при t = пост. за параметр выигрыша В следует принимать E_к (расход энергии на касательную механическую работу локомотива). Если же t ≠ пост., то можно взять за параметр выигрыша В и расход энергии (натурного дизельного топлива или электрической энергии) Е, но результаты практически не будут приемлемыми (большие времена хода). В таких случаях необходимо брать параметром выигрыша В величину расхода по передвижению поезда на участке Э_х или ещё лучше величину годовых приведённых народно – хозяйственных затрат Э_г, что позволит оптимизировать время хода и режимы ведения с учётом всех факторов, влияющих на процесс перевозочной работы локомотивов.

Все изложенное позволяет сделать следующие рекомендации по выбору параметра выигрыша В для задач оптимизации перевозочной работы локомотивов.

За параметр выигрыша В могут быть приняты любые параметры, приведённые в табл. 1, однако при выборе параметра выигрыша В обязательно следует учитывать сферу влияния результатов решения, в связи с чем имеем следующее.

Для задач оптимизации стратегического типа за параметр выигрыша В нужно брать годовые приведённые народно - хозяйственные перевозочные затраты на заданный годовой грузопоток Г т нетто, которые можно записать так

Э_г = Э + Э₁ + Э₄ + Э_к                                                              (1)

где Э = Э_% + Э₂ + Э₃ + Э₅ + Э₆ + Э₇ – годовые эксплуатационные затраты.

Остальные слагаемые выражения (1) были указаны ранее [2].

Можно также принимать за параметр выигрыша В и удельные σ_п приведённые перевозочные затраты на участке L, км, а именно:

                                              (2)

а также величину ε_п, которую можно определить по формул (11) [2].

Наименьшие величины Э_г, ε_п и σ_п на перегонах и участках обеспечиваются при оптимальных координатах Мб, Ор и Т_р.

Параметр выигрыша В в форме годовых приведённых народно – хозяйственных затрат Э_г позволяет учитывать все зависящие от движения поезда расходы, а также приведённые затраты по капитальным вложениям в подвижной состав и в постоянные устройства линии, влияющие на перевозочную работу локомотивов. Полученные данные по затратам дают возможность также использовать в качестве параметра выигрыша В и рентабельность ρ, которая является весьма широким показателем эффективности производственной работы.

Величина рентабельности должна быть, как возможно большей. Величиной рентабельность ρ учитываются не только затраты, но и стоимость используемых фондов производства, что в какой то степени характеризует окупаемость их.

Возможны следующие разновидности ожидаемой рентабельности.

Первой будет эксплуатационная рентабельность, учитывающая только эксплуатационные расходы

                                               (3)

Зависящая доля себестоимости C₁ определяется по эксплуатационным расходам -

Независящая доля себестоимости С₂ = С₀ – С₁ может быть найдена при известной по отчётам величине общей себестоимости С₀, коп/ткм нетто. Величины Ф_с, Ф_п и Ф_к – стоимость основных и оборотных фондов подвижного состава и постоянных устройств линии, а также стоимости дополнительных устройств по удлинению приёмо - отправочных путей и прочие определяются в процессе тягово – экономических расчётов (Ф_с) или выявляются по документам (Ф_п,Ф_к).

Второй разновидностью рентабельности является приведённая ожидаемая рентабельность, учитывающая рентабельность по приведённым удельным затратам

                                      (4)

При расчётах рентабельностей ρ_э и ρ_n полагаем возможным для сравнительных расчётов, величины абсолютной доходной ставки d_у , коп/10 ткм нетто и независящей от перевозочной работы доли себестоимости С₂, коп/10 ткм нетто, а также стоимость основных фондов постоянных устройств линии, принимать по имеющимся отчётным данным (положение максимума В не меняется существенно при уточнении величин d_у , С₂ и Ф_п). Положение оптимума для величин Э_г или σ_n  по сравнению с ρ_э или ρ_n для одних и тех же условий различно. Для параметра рентабельности ρ наблюдается сдвиг оптимума в сторону меньших значений времени хода поезда.

Для задач оптимизации тактического типа в качестве параметра выигрыша В следует принимать расходы энергии Е или денежных средств по перемещению поездов Э_х. Однако, на основании проведённых исследований, круг задач оптимизации тактического типа, связанных с перевозочной работой локомотивов обычно имеет заданным время хода поезда по перегонам t = пост. Это позволяет проводить решения задач оптимизации такого вида на основе параметра выигрыша В_к, например, расхода энергии Е_к на выполнение касательной механической работы А_к.

В результате можно рекомендовать для задач оптимизации перевозочной работы локомотивов применять параметры выигрыша В - величины Э_г, ε_п или σ_п, а также рентабельность ρ для задач оптимизации стратегического типа, а для задач оптимизации тактического типа - величины Е или Э_х, как вполне обеспечивающие получение необходимого результата.

Принятие в качестве параметра выигрыша В - величины Э_г при оптимизации перевозочной работы локомотивов позволит получить наиболее обобщающие и универсальные решения задач оптимизации, охватывая стратегические цели и учитывающие выполнение задание заданного грузопотока с наибольшим экономическим эффектом. Принятие при оптимизации процессов перевозочной работы локомотивов за параметр выигрыша В величины Э_х явится лишь тактическим выражением решения задачи перемещения поезда, не учитывающим определённую взаимосвязь результатов работы по передвижению поезда со стоянками его на промежуточных раздельных пунктах и участковых станциях, а также и на станциях оборота локомотивов. Чем больше время простоев на этих станциях, тем больше потребуется подвижного состава, возрастут расходы, связанные с капитальными вложениями в подвижной состав на реновацию, а также на ремонт его, возрастут расходы по содержанию локомотивных бригад и приведённые затраты, зависящие от скорости доставки грузов.

Таким образом, приведённые перевозочные затраты нельзя отделить по периодам хода и стоянок - их надо учитывать комплексно за весь цикл перевозочной работы на участке железной дороги. Удельный вес затрат за период хода и весь цикл перевозочной работы на участке железной дороги будет меняться с изменением условий движения и стоянок. Чем больше стоянок, тем следует быстрее двигаться по перегонам, чтобы сократить временные расхода, хотя при этом, соответственно. повысятся и энергетические расходы. Определенное влияние на величину Э_г оказывает влияние принятого значения коэффициента участковой скорости, времени экипировки, ожидания работы, приема - сдачи локомотива, которые, в свою очередь, определённым образом связаны о временем хода по перегонам (через Э_г), а следовательно и режимом ведения поезда. Если предстоит стоянка в ожидании встречного поезда, то можно увеличить время хода этого поезда по перегону за счёт времени стоянки, изменив соответственно режим ведения, что приведёт к сокращению энергетических расходов на данном перегоне. В таком случае доля временных расходов, определяемая временем хода и стоянки, останется неизменной, а доля энергетических расходов может значительно сократиться.

Достижение наименьшей величины Э_г для заданного объёма работы является наиболее полным выражением главной цели перевозочной работы локомотивов на участке железной дороги, обеспечивающего и выполнение стратегических задач процесса перевозочной работы участков.

Использование рассмотренных параметров В позволяет проводить соответствующие исследования по повышению эффективности перевозочной работы локомотивов в различных условиях [7,8 и другие], а также по повышению эксплуатационной надёжности перевозочной работы локомотивов [9 и другие]. Увеличение производительности локомотивов связано с увеличением веса (массы) состава, в связи с этим следует уделять большое внимание правильности расчёта его [11,12], повышению средней величины его на участках [6], а также возможно большему сокращению разрыва между значением, указанным в документах (натурные листы, маршруты машиниста и пр.) и фактическим значением. Имеется еще значительное отклонение указанных величин, что подтверждается рядом исследований [7] и многочисленными сообщениями периодической печати. Ликвидация указанного разрыва является огромным резервом повышения эффективности перевозочной работы локомотивов.

Увеличение веса состава в отдельных случаях ограничивается боксованием колёсных пар локомотивов или перегревом тяговых электрических машин, поэтому разумное использование возможностей увеличения веса (массы) составов вплоть до критического значения [9] является серьёзным резервом в повышении эффективности эксплуатационной деятельности железных дорог.

Проведённые опытные поездки и расчёты на участках Среднеазиатской и Казахской железных дорог [10] доказали наличие возможностей дальнейшего повышения веса (массы) составов и способствуют обоснованию по улучшению показателей эффективности перевозочной работы локомотивов.

Автором проведены соответствующие исследования по выявлению динамики показателей эффективности перевозочной работы локомотивов в зависимости от изменения координат Мб и Ор (мощности, к.п.д. локомотива, веса состава, ограничений скорости, профиля и прочие). Результаты расчётов свидетельствуют об определенных возможностях увеличения эффективности перевозочной работы локомотивов, однако только выбор оптимальных решений позволяет получить наибольшую эффективность рассматриваемого процесса, поэтому оптимизация является решающим фактором в достижении максимального эффекта.

В результате проведённых автором исследований и анализа материала, представленного в работах [2-4] можно сделать такие обобщающие выводы.

1. Наиболее полную оценку использования локомотивов в процессе перевозочной работы локомотивов для различных условий работы на участках железных дорог можно сделать по показателю приведённой годовой эффективности перевозочной работы локомотивов, а также годовым, приведённым народно - хозяйственным перевозочным затратам на заданный грузопоток, желательно при этом продукцию выражать в условных т км нетто. Оценка эффективности процесса перевозочной работы локомотивов по эксплуатационным показателям не даёт сравнимых и объективных результатов, особенно, когда изменяется скорость движения поезда, нагрузка на ось и пр.

2. На показатель приведённой эффективности нетто наибольшее влияние для конкретного участка железной дороги оказывают изменение нагрузки на ось и скорость движения поезда, поэтому особое значение имеют проведение мероприятий по снятию ограничений скоростей движения и по увеличению нагрузки на ось вагонов. Внедрение более мощных локомотивов, удлинение приёмо-отправочных путей, также даёт значительное повышение эффективности перевозочной работы локомотивов, однако каждое изменение условий должно быть тщательно обосновано соответствующими расчётами с оптимизацией процесса перевозочной работы локомотивов.

3. Для конкретного объёма перевозок на участке железной дороги следует учитывать влияние различных условий на эффективность перевозочной работы локомотивов и реальные возможности изменения их, выявляя наиболее приемлемые варианты работы на основе оптимальных решений. Тот вариант перевозочной работы, при котором будут оптимальные координаты Мб, Ор и технология перевозочной работы локомотивов даст наибольший эффект.

Результаты исследования рекомендуется использовать при обосновании критерия оптимизации перевозочной работы локомотивов дизельной и электрической тяги с учётом реальных условий организации железнодорожных перевозок в грузовом и пассажиром виде движения.

Список литературы:

1. Аблялимов О. С. К методу решения задачи оптимизации перевозочной работы локомотивов [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 9 (78). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10697 (дата обращения: 08.09.2020).
2. Аблялимов О. С. Экономические показатели эффективности локомотивов в условиях эксплуатации [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: технические
3. науки: электрон. научн. журн. 2020. № 9 (78). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10703 (дата обращения: 05.09.2020).
4. Аблялимов О. С. Показатели эффективности использования локомотивов в условиях эксплуатации [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: технические
5. науки: электрон. научн. журн. 2020. № 9 (78). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10700 (дата обращения: 08.09.2020).
6. Аблялимов О. С. Исследование эффективности использования локомотивов дизельной тяги в эксплуатации [Текст] / О. С. Аблялимов // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2020. № 9 (78). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10694 (дата обращения: 08.09.2020).
7. Бакаев А. А. Методические проблемы выбора целевых функций при организации планирования работы различных видов транспорта [Текст] / А. А. Бакаев // В сб. «Экономическая кибернетика и исследование операций», вып. 4, Киев, 1966. – С. 53 – 75.
8. Тихонов К. К. Теоретические основы выбора оптимальных весовых норм грузовых поездов [Текст] / К. К. Тихонов //  Тр. МИИТ, вып. 331 - М.: Транспорт, 1970. – С. 123 – 133.
9. Толкачёв А. В. Влияние условий эксплуатации на эффективность использования локомотивов [Текст] / А. В. Толкачёв //  Тр. ТашИИТ, вып. 43 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д транспорта. – Ташкент, 1967. – С. 67 – 85.
10. Толкачёв А. В. Эффективность снятия ограничений скоростей движения по состоянию пути [Текст] / А. В. Толкачёв, Е. Н. Махов // Тр. ТашИИТ, вып. 14 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д трансп. – Ташкент, 1967. – С. 29 - 37
11. Толкачёв А. В. Перегрев электрических машин в различных условиях перевозочной работы локомотивов [Текст] / А. В. Толкачёв // Тр. ТашИИТ, вып. 88 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д трансп. – Ташкент, 1972. – С. 39 – 48.
12. Толкачёв А. В. Изменения форсунок ТЭЗ улучшающих их работу [Текст] / А. В. Толкачёв // «Электрическая и тепловозная тяга», № 12, 1963. – С. 15 – 21.
13. Толкачёв А. В. О методах расчёта веса составов грузовых поездов с учётом кинетической энергии [Текст] / А. В. Толкачёв // Тр. ТашИИТ, вып. 14 / Ташкентский ин-т. инж. ж-д трансп. – Ташкент, 1960. – С. 72 – 79.
14. Толкачёв А. В. О фактической величине веса составов грузовых поездов [Текст] / А. В. Толкачёв // Тезисы докладов 24-й научно - технической конференции кафедр института. - ТашИИТ, Ташкент, 1960.