基于AnyLogic的動車組檢修流程仿真研究

齊延榮 趙紅濤 王和強 姜帥民 朱俊龍

關鍵詞：AnyLogic；動車組；檢修流程；仿真模型；檢修能力；檢修計劃表

0 引言

近年來，隨著中國鐵路的飛速發展，高鐵動車在我國運輸行業中的地位日益顯著[1]。然而，動車組的日常運行過程中會受到各種環境因素的干擾，這些干擾可能會導致動車組的性能下降、安全性降低，甚至埋下安全隱患[2-4]。因此，對動車組進行精細化的檢修策略顯得尤為重要。為了實現這一目標，我國鐵路各動車段正在積極構建一體化的動車組檢修體系，旨在通過協同合作的方式提高檢修效率和精度。在此背景下，以鄭州東動車所為例，本文運用AnyLogic仿真軟件構建了一個動車組檢修流程仿真模型。該模型以實際的站線布局為基礎進行仿真模擬研究，通過接入檢修計劃表，真實地模擬動車組的檢修過程。本文研究旨在發現現有系統存在的問題，并提出相應的改進措施，為現場實際工作提供有力的輔助決策支持。

1 研究方法

1.1 仿真選擇

在仿真軟件領域，AnyLogic、Legion、STEPS和Sim?Walk 是國內外知名的幾款工具。其中，Legion 和STEPS主要采用元胞自動機模型進行建模，這種模型在處理具有離散特征的系統時具有顯著優勢。另一方面，AnyLogic和SimWalk則是使用社會力學模型，該模型能夠更好地模擬人類行為和社會交互。

然而，在這幾類建模工具中，AnyLogic不僅支持二次開發，使得用戶可以根據自身需求進行定制和擴展，而且還能實現人-車混合仿真。這種混合仿真的特點使得AnyLogic在處理涉及人類和車輛交互的復雜系統中具有顯著優勢[5]。此外，AnyLogic還提供了2D和3D界面之間的自由切換功能，使用戶可以更加便捷地進行實時仿真并掌握仿真情況。

1.2 研究對象

2014年7月1日，全國鐵路新運行圖開始實施，所有經過鄭州東站的動車組逢車必停。鄭州動車段的前身是鄭州車輛段，于2014年7月22日正式成立。在鄭州動車段成立之后，組建了新的設備車間、質檢車間、乘務車間，擔負起全段檢修工作、安全監測及各類設備的巡檢及保養維修工作。動車組在鄭州的“保健所”有兩個，分別是鄭州東動車所和鄭州南動車所，本文以鄭州東動車所為研究對象，構建動車組一級修檢修作業流程仿真模型。

1.3 研究對象參數確定

仿真軟件中將列車定義為智能體并設置相應參數，例如洗車作業時間、檢修作業時間、存車時間等。仿真模擬開始后，各智能體根據檢修計劃表中列車進出站時刻表出入段。列車按照仿真流程中所配置的邏輯移動，仿真模型中每個列車都具有各自狀態和屬性的主體[6-7]。通過分析某日鄭州東所白班、夜班作業計劃表，站段調研一級修作業流程，與一線職工溝通，確定洗車作業時間為30min，檢修作業時間為120min。

2 仿真模型構建

2.1 一級修作業流程

一級修作業流程開始前，地勤機械師需要準備作業計劃、領取并檢查作業工具等，以確保作業的順利進行。完成準備工作后，地勤機械師將進行入庫交接作業，主要包括與同事交接工作及確認工作責任等。完成入庫交接后，地勤機械師將進行一級修作業的起始操作，包括插設安全號志等。

作業開始后，地勤機械師首先進行斷電降弓操作，以確保作業區域的安全。無電作業前需確認接觸網已斷電、接地桿已掛、動車組已放電，確認完畢后開始無電作業（車頂設備檢修、車務車載設備檢修、車內保潔作業、車外保潔作業、吸污上水作業），這一步操作大約需要15分鐘，根據作業計劃判斷是否進行吸污作業。無電作業完成后，地勤機械師會申請接觸網供電并確認供電安全，以便進行有電作業。有電作業包括多個步驟，如檢查設備狀況、進行必要的維修等，這一步約需要1小時完成。

有電作業結束后，地勤機械師會再次進行斷電降工操作，移除安全號志，并填寫檢修臺賬。這些步驟完成后，一級修作業流程才算結束。整個流程如圖1 所示。

2.2 站場構建

由于本文研究內容只涉及動車組進入動車段后的一級修檢修作業流程，對仿真模型做如下假設：動車組出入段時間確定，作業內容基本相同。根據前期調研，利用AnyLogic軌道庫中空間標記面板繪制鄭州東動車所檢修場站場圖，并標記關鍵位置及道岔，如圖2所示。站場圖分為檢修庫區、到發場、動車線三部分。一級修檢修作業結束后，動車所質檢員根據生產計劃，在檢修庫內組織聯檢。動車線連接鄭州東站，所有出入段的動車組均需經過此處。

2.3 仿真流程模擬

本文利用AnyLogic建模庫的軌道庫和流程建模庫，構建了動車組檢修的邏輯模型[8]。該模型涵蓋了一級修檢修作業流程的模擬，并進行了具體的細節處理，動車組檢修邏輯如圖3所示。動車組入段后，根據各股道的占用情況，采取不同的作業流程。首先判斷洗車股道是否空置，如果空置并且入段動車組需要進行清洗、吸污等操作，則優先進行洗車作業；否則，查看檢修區股道是否有空置，如果有未占用的檢修股道，則進行檢修作業。如果檢修區被占滿，列車會暫時進入存車區域等待，直到檢修區、洗車區有空閑股道時再進入相應股道進行作業。完成全部作業后，動車組會進入存車區域的某股道存放，到達出段時間后開始出段作業。通過模擬和分析動車組檢修邏輯，本文可以更好地理解和優化動車組的檢修流程。

3 仿真實驗

依據鄭州東動車所提供的檢修計劃作業信息表，仿真模擬檢修作業流程，檢修計劃表所含信息如表1 所示。

其中車次代表動車組的編號，入場時間表示動車組進入檢修場站時間，車廂數表示組成列車的車廂數量（包括車頭），洗車作業表示洗車作業時間，單位為分鐘；檢修作業表示一級修作業總時間，包括無電作業、有電作業等，出所時間表示動車組出檢測場站的時間。仿真結果如圖4所示。圖中包含仿真過程中的實時數據，如檢修數量、存車數量、列車總數等。

仿真程序執行完畢，將輸出仿真模擬的一級修作業計劃表，如表2所示，可對比模擬檢修計劃表與所提供的檢修計劃表間差異，分析計劃合理性，也為檢修計劃編制提供理論依據。

其中洗車股道表示動車組進行洗車作業所在的股道；存車股道表示動車組前往檢修場站前等待的股道；存車時間表示在存車股道等待的時間；檢修股道表示動車組進行一級修作業的股道；等待股道表示動車組等待出站時所在的股道，等待時間表示在等待股道停止的時間。

4 結論

本文利用AnyLogic仿真軟件，詳細構建了動車組檢修作業流程，通過對各檢修參數的確定，使得仿真模型更接近真實場景，輸出的仿真結果具有可分析性。本文成功地模擬了一級修檢修作業流程，并輸出了所模擬的一級修作業計劃表。這些結果為檢修計劃的制定提供了理論依據，有助于提高檢修工作的效率和準確性。

雖然目前對于動車組檢修工作的研究已經很多[9-10]，但本文的研究著重關注了檢修細節方面的問題。在后續研究中，將深入探討動車組檢修細節方面的諸多問題，如檢修過程中的故障診斷、部件更換的策略優化、人力和資源的合理分配等。本文期望通過這些研究，能夠為動車組檢修工作提供更加科學和有效的解決方案。