基于ExtendSim的編組站設(shè)計(jì)與仿真

王麗芳（呼鐵局科研所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

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基于ExtendSim的編組站設(shè)計(jì)與仿真

王麗芳
（呼鐵局科研所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，編組站作業(yè)過(guò)程的優(yōu)化仿真實(shí)現(xiàn)日顯必要，本文針對(duì)鐵路編組站對(duì)應(yīng)的不同排隊(duì)模式進(jìn)行仿真分析，并應(yīng)用ExtendSim軟件仿真分析編組站的系統(tǒng)模式，通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)減少列檢和駝峰的作業(yè)時(shí)間，或增加到達(dá)場(chǎng)的列檢組數(shù)目、減少出發(fā)場(chǎng)列檢組數(shù)目，同時(shí)將駝峰作業(yè)改為雙推雙溜模式，可提高設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)編組站編組能力最大化。

【關(guān)鍵詞】編組站 仿真 ExtendSim

1 編組站作業(yè)與ExtendSim仿真軟件簡(jiǎn)介

編組站是在鐵路網(wǎng)上辦理貨物列車(chē)解體、編組作業(yè)，并為此設(shè)有比較完善的調(diào)車(chē)設(shè)備的車(chē)站［1］。鐵路編組站通常設(shè)置在大城市、樞紐城市或貨物業(yè)務(wù)量大的區(qū)域，根據(jù)車(chē)流量設(shè)置不同規(guī)模的級(jí)場(chǎng)，其主要由到達(dá)場(chǎng)、駝峰、調(diào)車(chē)線、編組場(chǎng)、牽出線、出發(fā)場(chǎng)、機(jī)務(wù)段、車(chē)輛段、電務(wù)段等設(shè)備組成的有機(jī)系統(tǒng)。ExtendSim仿真軟件［2］1988年進(jìn)入市場(chǎng)，它采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，可以對(duì)離散事件系統(tǒng)和連續(xù)事件系統(tǒng)進(jìn)行仿真，且具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的仿真分析，可以直觀地評(píng)價(jià)和改進(jìn)影響系統(tǒng)性能的因素，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最佳的配置、運(yùn)行模式或經(jīng)營(yíng)策略等。

2 編組站系統(tǒng)的ExtendSim模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)排隊(duì)論和車(chē)列在站內(nèi)的作業(yè)流程，鐵路編組站系統(tǒng)又可以分為三個(gè)排隊(duì)服務(wù)子系統(tǒng)［3］：

2.1 到解子系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

到解子系統(tǒng)是由列車(chē)自區(qū)間到達(dá)時(shí)起，經(jīng)列檢、駝峰至車(chē)列解體完畢為止，可視為二級(jí)排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)。如圖1所示，第一級(jí)為到達(dá)列檢服務(wù)系統(tǒng)，這里的列檢組是服務(wù)員，列檢作業(yè)時(shí)間為服務(wù)時(shí)間。改編列車(chē)到達(dá)時(shí)，若有空閑的列檢組，則立即進(jìn)行列檢作業(yè)；若列檢組不空，車(chē)列必須在到達(dá)場(chǎng)或進(jìn)站信號(hào)機(jī)外排隊(duì)外等待。第二級(jí)為解體服務(wù)系統(tǒng)，這里的駝峰是服務(wù)員，車(chē)列解體時(shí)間為服務(wù)時(shí)間。以Create模塊和Workstation模塊構(gòu)成到解子系統(tǒng)，Create模塊隨機(jī)或按照一定規(guī)律產(chǎn)生車(chē)流，然后通過(guò)一個(gè)或多個(gè)列檢Workstation模塊進(jìn)行列檢作業(yè)，最后通過(guò)實(shí)行雙推單溜作業(yè)組織方式通過(guò)駝峰。

2.2 解編子系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

解編子系統(tǒng)是在駝峰上解體的車(chē)組在各自的調(diào)車(chē)線上集結(jié)成新的車(chē)列，車(chē)列集結(jié)完了時(shí)刻，若牽出線調(diào)機(jī)空閑，則立即進(jìn)行編組；若牽出線調(diào)機(jī)不空閑，則車(chē)列在調(diào)車(chē)線上排隊(duì)等待。顯然，該系統(tǒng)的服務(wù)員是尾部牽出線和調(diào)車(chē)機(jī)，車(chē)列編組和轉(zhuǎn)線時(shí)間是服務(wù)時(shí)間。以Workstation模塊和Quese模塊構(gòu)成解編子系統(tǒng)，車(chē)列通過(guò)道岔進(jìn)入編組線模塊集結(jié)車(chē)流，滿軸后進(jìn)入牽出線模塊，如圖2所示。根據(jù)編組站的規(guī)模會(huì)有多個(gè)Workstation模塊和Quese模塊。

2.3 編發(fā)子系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

編發(fā)子系統(tǒng)是自編出發(fā)列車(chē)和無(wú)調(diào)中轉(zhuǎn)列車(chē)進(jìn)入出發(fā)場(chǎng)，在這里進(jìn)行出發(fā)前的技術(shù)作業(yè)，也可以視為二級(jí)排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)。如圖3所示，第一級(jí)為出發(fā)列檢服務(wù)系統(tǒng)，這里的列檢組是服務(wù)員，列檢作業(yè)時(shí)間為服務(wù)時(shí)間。自編列車(chē)或無(wú)調(diào)中轉(zhuǎn)列車(chē)進(jìn)入出發(fā)場(chǎng)時(shí)，若有空閑的列檢組，則立即進(jìn)行列檢作業(yè)；否則，車(chē)列必須在出發(fā)場(chǎng)或進(jìn)路信號(hào)機(jī)外方排隊(duì)等待。第二級(jí)為出發(fā)服務(wù)系統(tǒng)。列檢作業(yè)結(jié)束后，若當(dāng)時(shí)區(qū)間有運(yùn)行線并有本務(wù)機(jī)車(chē)，則列車(chē)可立即發(fā)往區(qū)間；否則，車(chē)

············

列須在出發(fā)場(chǎng)排隊(duì)等待發(fā)車(chē)。這里，服務(wù)員是各個(gè)出發(fā)區(qū)間，服務(wù)時(shí)間是往各出發(fā)區(qū)間的發(fā)車(chē)間隔時(shí)間。以Workstation模塊、Quese模塊和Exit模塊構(gòu)成編發(fā)子系統(tǒng)，車(chē)列通過(guò)一個(gè)或多個(gè)列檢模塊，然后進(jìn)入出發(fā)區(qū)間模塊，發(fā)往不同的方向，最后將車(chē)流輸出。

3 基于排隊(duì)論的鐵路編組站系統(tǒng)

排隊(duì)論（Queueing Theory）也稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論。排隊(duì)過(guò)程一般用“顧客”和“服務(wù)員”模式表示，鐵路編組站系統(tǒng)的“顧客”是編組站到達(dá)場(chǎng)內(nèi)的列車(chē)，“服務(wù)員”是調(diào)機(jī)（駝峰），要求服務(wù)的內(nèi)容是解編作業(yè)。本文就鐵路編組站系統(tǒng)的三種隊(duì)列服務(wù)臺(tái)模式進(jìn)行仿真分析，找出系統(tǒng)的“瓶頸”所在，并對(duì)其改進(jìn)、完善，以達(dá)到編組站編組能力最大化。

3.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

編組站是一個(gè)復(fù)雜大系統(tǒng)，對(duì)編組站的作業(yè)過(guò)程優(yōu)化采用計(jì)算機(jī)仿真研究十分必要，作者對(duì)三級(jí)三場(chǎng)的小型編組站進(jìn)行研究，對(duì)模型做以下簡(jiǎn)化處理：（1）組站發(fā)車(chē)去向總數(shù)為5，依次編號(hào)為1，2，3，4，5；（2）到達(dá)列車(chē)滿軸為10輛，10輛車(chē)去向均為1～5中隨機(jī)正整數(shù)，編組列車(chē)滿軸為10輛；（3）達(dá)場(chǎng)股倒數(shù)為5，編組場(chǎng)股倒數(shù)為5；（4）大仿真時(shí)間為2d，即2880min；（5）車(chē)到達(dá)編組站的最短時(shí)間間隔為區(qū)間不同時(shí)到達(dá)時(shí)間t不，調(diào)機(jī)作業(yè)方式為單推單溜，當(dāng)?shù)竭_(dá)場(chǎng)所有股道為空時(shí)調(diào)機(jī)狀態(tài)置為空閑；（6）調(diào)機(jī)推峰時(shí)間為3min，返場(chǎng)時(shí)間為3min，完成一個(gè)單元流放作業(yè)的時(shí)間相等，并由決策者事先給定，可取值理論范圍為［1，2880］，到達(dá)場(chǎng)接車(chē)時(shí)間為1min；（7）不研究編組站尾部作業(yè)，編組場(chǎng)每一方向集結(jié)車(chē)輛數(shù)等于10，則向該方向發(fā)車(chē)1列。

3.2 單隊(duì)單服務(wù)臺(tái)模式

單隊(duì)單服務(wù)臺(tái)模式，即一個(gè)列檢組，一個(gè)編組線，一個(gè)牽出線，一個(gè)出發(fā)區(qū)間組成的排隊(duì)系統(tǒng)。如圖4。

3.3 多隊(duì)多服務(wù)臺(tái)模式

多隊(duì)多服務(wù)臺(tái)模式，即多個(gè)列檢組，多個(gè)編組線，多個(gè)牽出線，多個(gè)出發(fā)區(qū)間組成的排隊(duì)系統(tǒng)。如圖5。

3.4 單隊(duì)多服務(wù)臺(tái)模式

單隊(duì)多服務(wù)臺(tái)模式，即一個(gè)列檢組，多個(gè)編組線，多個(gè)牽出線，多個(gè)出發(fā)區(qū)間組成的排隊(duì)系統(tǒng)。如圖6。

4 結(jié)果分析

作者對(duì)不同的排隊(duì)模式進(jìn)行仿真分析，單隊(duì)單服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)的瓶頸位置是到達(dá)場(chǎng)的列檢模塊；多隊(duì)多服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)的瓶頸位置是到達(dá)場(chǎng)的駝峰模塊，且出發(fā)場(chǎng)的列檢模塊時(shí)常處于空閑狀態(tài)；單隊(duì)多服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)的瓶頸位置是到達(dá)場(chǎng)的列檢和駝峰模塊?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)備更新，減少列檢和駝峰的作業(yè)時(shí)間，或增加到達(dá)場(chǎng)的列檢組數(shù)目，減少出發(fā)場(chǎng)列檢組數(shù)目，同時(shí)將駝峰作業(yè)改為雙推雙溜模式，以提高設(shè)備的利用率。

本文只是對(duì)編組站進(jìn)行排隊(duì)系統(tǒng)仿真，所以對(duì)其復(fù)雜系統(tǒng)簡(jiǎn)易化，不考慮“鉤計(jì)劃”仿真結(jié)果只做參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉其斌，馬貴貞.鐵路車(chē)站及樞紐（第二版）［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2008年.

［2］秦天寶，王巖峰.面向應(yīng)用的仿真建模與分析-----使用ExtendSim［M］.北京：清華大學(xué)出版社， 2009年.

［3］賀國(guó)先，王曉明.現(xiàn)代物流系統(tǒng)仿真［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2008年.

作者簡(jiǎn)介：王麗芳（1987—），女，陜西榆林人，呼和浩特鐵路局科研所，工程師，主要研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形處理等。