軌道車輛架修列計劃自動排程算法設計與應用

劉 濤，裴嚴冬，熊光珍

（1.合肥市軌道交通集團有限公司運營分公司，安徽合肥 230001；2.安徽云軌信息科技有限公司，安徽馬鞍山 243000）

0 引言

軌道交通車輛架修是保障軌道交通運營安全、提高運營效率和延長車輛壽命的重要手段，在車輛架修生產工作組織中，列計劃的制定與實施作為該手段的核心，對提高軌道交通車輛的安全性、耐用性和可靠性有著巨大的作用。合肥軌道車輛架修列計劃目前主要采用傳統的人工計算編制Excel 表的方式，需要花費大量時間比對架修數據。同時，為保證架修作業的準確無誤，須對已經編制完成的架修列計劃進行二次人工審核，導致重復工作，增加人力成本。另外，由于對比報表數量多，且傳統編制方式下的架修列計劃排程不具備自動糾錯功能，針對其是否可以滿足架修段能力等多設條件，存在較高的易錯風險。

研究和制定合理的架修列計劃自動排程算法，實現車輛架修列計劃的信息自動化排程，能夠提高軌道交通車輛架修列計劃排程工作的效率和準確性，對于軌道交通行業的發展和提升服務水平具有迫切的需求價值。

1 模型建立

借助計算機科學和信息技術，建立能夠實現自動排程的架修列計劃算法模型，將其進行信息化的應用，提高架修列計劃排程工作的信息化和自動化水平。通過該模型算法的設計和應用，可以高效地進行列計劃排程、更好地控制和分配維修作業的時間和資源，確保排程的高質量交付和及時實施。整體框架模型如圖1 所示。

圖1 框架模型

排程車輛信息主要包括車號、接車日期等；架修車輛信息為車輛段所有車輛主數據，包括車號、車輛名稱、車型、所屬線路等；架修工藝信息包括架修車型的工藝路線、流程工序、工序耗時、標準作業信息、作業開工日期、標準作業人數及工藝設備等。

2 設計思路

通過建立架修工藝關系網數據模型，確定車輛需要進行的架修作業項目，包括檢修、更換、維護等。依據車輛的架修作業項目，進一步確定架修工藝流程，包括拆卸、檢查、修理、組裝等步驟，以及各步驟所需架修作業時間和工具設備。

明確排程車輛信息，包括車號及接車日期，通過與架修車輛基本數據進行參數信息匹配，結合排程車輛信息、架修作業項目、架修工藝流程、工具設備等要素，綜合考慮列計劃排程的自動生成，包括架修開始時間、結束時間、車輛調配、人員和設備調配等。最后，生成的初始列計劃需進行沖突檢測，引入拓撲排序進行糾正，糾正后的列計劃仍需再次進行沖突檢測，直至滿足要求，以最大程度的提高架修列計劃排程效率、準確性和合理性。

3 實施步驟

3.1 架修工藝關系網數據模型建立

架修工藝關系網數據模型包括各自架修工序的前后及上下級覆蓋關系，屬于脈絡梳理型架修工序確定的自動編排方法。匹配與確定架修車輛相關的架修工藝信息，包括拆卸、檢查、修理、組裝等工藝步驟，根據其工藝類型及上下級覆蓋關系，建立架修工藝關系網數據模型，量化作業工序步驟為工藝參數變量，確定架修工序優先級，實現動態調整車輛架修工序，以應對架修工序意外阻滯的情況，關系網數據模型如圖2 所示。

圖2 關系網數據模型

獲取架修車輛架修工藝流程及工序步驟，形成數據集An，其包含工藝步驟優先級（開始時為空），并按照工藝類型的上下級覆蓋關系對An進行排序，將上級工序排到前面并更新An中的優先級，以此類推。

3.2 架修列計劃自動排程

首先輸入車號及接車日期，確定架修作業的工期以及具體架修時間，依據其工藝路線標準作業單及架修工藝優先級的確定，遞推排出從接車日期開始后每一條架修作業對應的計劃日期，從而生成架修初始列計劃。

定義作業LFT 最早為目標函數：f（x）=max{xi+Si}，其中，Si為作業i 的最早開始及最晚結束時間集，規定排程算法流程中約束條件集：C={C1，C2，…，Ck}。具體約束條件如下：

在滿足架修能力的前提下，對于作業i，有xi≥tj-M（1-yj），M 為充分大的常數值，表示如果架修時間段j 可用，則作業i 必須在該時間段內開始。如果作業i 依賴于作業j，則有xi≥xj+dji，dji為作業j 到作業i 的時間間隔。對于作業i 和j，有yj≥xi+di+Stj，S 為作業i 所需的架修時間，di為作業i 之前的所有作業所需的架修時間。

根據上述約束條件實現架修列計劃遞推式自動排程，再依據初始列計劃進行作業時間和資源的沖突檢測與調整，避免車輛架修過程中存在作業時間與資源的沖突，帶來不可挽回的后果。架修列計劃自動排程應用算法流程如圖3 所示。

圖3 算法流程

3.3 沖突檢測

初始列計劃生成后，通過PERT 算法進行作業時間和資源的沖突檢測。具體來說，需要明確每個架修作業任務所需的作業時間和作業資源，計算各個作業的最早開始時間EST 和最晚完成時間LFT 及確定每個架修作業在作業時間段內所需的設備資源。

以此確定車輛架修的整體作業路徑，依據其整體的作業路徑，形成架修作業數據集Z，檢查任意兩個作業i 和j 之間是否需要同一時間使用同一種設備，即檢測工班之間的作業順序與工藝設備的使用是否存在沖突。若檢測后的結果顯示其作業數據集Z≠φ，則說明存在沖突，需進一步引入拓撲排序（TS）算法進行作業資源和時間的序列調整，調整后仍需按上述過程進行沖突檢測，直至作業i 和作業j 之間滿足檢測條件，以實現整體架修列計劃自動排程的完備高效性。

4 應用效果

通過該車輛架修列計劃自動排程算法的設計與應用，利用信息化手段自動生成車輛架修列計劃排程方案，實現列計劃排程工作的高效性、準確性。相比于傳統的架修列計劃編制方式，應用效果對比見表1。

表1 應用對比

該設計應用后，車輛架修列計劃自動排程的精度更高，不僅可以最大程度地避免排程沖突和錯誤，還大大減少人力資源的浪費，節省人力成本，間接實現“降本增效”的企業優化目標。因此，針對該算法的應用效果及價值非常顯著。

5 結束語

基于先進的模型算法，針對合肥軌道架修列計劃排程設計出完備高效的自動排程算法，實現架修列計劃的自動排程和沖突檢測，從而提高架修列計劃的編制效率和工作質量，減少人為因素對計劃編制的影響，降低人力成本。針對合肥軌道架修列計劃編制的具體情況，給出詳細的算法模型設計思路及實施步驟，包括模型建立、算法設計和應用效果驗證等環節，證明該列計劃自動排程算法的有效性和可行性，具有很強的借鑒和應用價值。