基于A(yíng)nyLogic的動(dòng)車(chē)組檢修流程仿真研究

齊延榮 趙紅濤 王和強(qiáng) 姜帥民 朱俊龍

關(guān)鍵詞：AnyLogic；動(dòng)車(chē)組；檢修流程；仿真模型；檢修能力；檢修計(jì)劃表

0 引言

近年來(lái)，隨著中國(guó)鐵路的飛速發(fā)展，高鐵動(dòng)車(chē)在我國(guó)運(yùn)輸行業(yè)中的地位日益顯著[1]。然而，動(dòng)車(chē)組的日常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到各種環(huán)境因素的干擾，這些干擾可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車(chē)組的性能下降、安全性降低，甚至埋下安全隱患[2-4]。因此，對(duì)動(dòng)車(chē)組進(jìn)行精細(xì)化的檢修策略顯得尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我國(guó)鐵路各動(dòng)車(chē)段正在積極構(gòu)建一體化的動(dòng)車(chē)組檢修體系，旨在通過(guò)協(xié)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(dòng)車(chē)所為例，本文運(yùn)用AnyLogic仿真軟件構(gòu)建了一個(gè)動(dòng)車(chē)組檢修流程仿真模型。該模型以實(shí)際的站線(xiàn)布局為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真模擬研究，通過(guò)接入檢修計(jì)劃表，真實(shí)地模擬動(dòng)車(chē)組的檢修過(guò)程。本文研究旨在發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(lǐng)域，AnyLogic、Legion、STEPS和Sim?Walk 是國(guó)內(nèi)外知名的幾款工具。其中，Legion 和STEPS主要采用元胞自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行建模，這種模型在處理具有離散特征的系統(tǒng)時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)。另一方面，AnyLogic和SimWalk則是使用社會(huì)力學(xué)模型，該模型能夠更好地模擬人類(lèi)行為和社會(huì)交互。

然而，在這幾類(lèi)建模工具中，AnyLogic不僅支持二次開(kāi)發(fā)，使得用戶(hù)可以根據(jù)自身需求進(jìn)行定制和擴(kuò)展，而且還能實(shí)現(xiàn)人-車(chē)混合仿真。這種混合仿真的特點(diǎn)使得AnyLogic在處理涉及人類(lèi)和車(chē)輛交互的復(fù)雜系統(tǒng)中具有顯著優(yōu)勢(shì)[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(hù)可以更加便捷地進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真并掌握仿真情況。

1.2 研究對(duì)象

2014年7月1日，全國(guó)鐵路新運(yùn)行圖開(kāi)始實(shí)施，所有經(jīng)過(guò)鄭州東站的動(dòng)車(chē)組逢車(chē)必停。鄭州動(dòng)車(chē)段的前身是鄭州車(chē)輛段，于2014年7月22日正式成立。在鄭州動(dòng)車(chē)段成立之后，組建了新的設(shè)備車(chē)間、質(zhì)檢車(chē)間、乘務(wù)車(chē)間，擔(dān)負(fù)起全段檢修工作、安全監(jiān)測(cè)及各類(lèi)設(shè)備的巡檢及保養(yǎng)維修工作。動(dòng)車(chē)組在鄭州的“保健所”有兩個(gè)，分別是鄭州東動(dòng)車(chē)所和鄭州南動(dòng)車(chē)所，本文以鄭州東動(dòng)車(chē)所為研究對(duì)象，構(gòu)建動(dòng)車(chē)組一級(jí)修檢修作業(yè)流程仿真模型。

1.3 研究對(duì)象參數(shù)確定

仿真軟件中將列車(chē)定義為智能體并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，例如洗車(chē)作業(yè)時(shí)間、檢修作業(yè)時(shí)間、存車(chē)時(shí)間等。仿真模擬開(kāi)始后，各智能體根據(jù)檢修計(jì)劃表中列車(chē)進(jìn)出站時(shí)刻表出入段。列車(chē)按照仿真流程中所配置的邏輯移動(dòng)，仿真模型中每個(gè)列車(chē)都具有各自狀態(tài)和屬性的主體[6-7]。通過(guò)分析某日鄭州東所白班、夜班作業(yè)計(jì)劃表，站段調(diào)研一級(jí)修作業(yè)流程，與一線(xiàn)職工溝通，確定洗車(chē)作業(yè)時(shí)間為30min，檢修作業(yè)時(shí)間為120min。

2 仿真模型構(gòu)建

2.1 一級(jí)修作業(yè)流程

一級(jí)修作業(yè)流程開(kāi)始前，地勤機(jī)械師需要準(zhǔn)備作業(yè)計(jì)劃、領(lǐng)取并檢查作業(yè)工具等，以確保作業(yè)的順利進(jìn)行。完成準(zhǔn)備工作后，地勤機(jī)械師將進(jìn)行入庫(kù)交接作業(yè)，主要包括與同事交接工作及確認(rèn)工作責(zé)任等。完成入庫(kù)交接后，地勤機(jī)械師將進(jìn)行一級(jí)修作業(yè)的起始操作，包括插設(shè)安全號(hào)志等。

作業(yè)開(kāi)始后，地勤機(jī)械師首先進(jìn)行斷電降弓操作，以確保作業(yè)區(qū)域的安全。無(wú)電作業(yè)前需確認(rèn)接觸網(wǎng)已斷電、接地桿已掛、動(dòng)車(chē)組已放電，確認(rèn)完畢后開(kāi)始無(wú)電作業(yè)（車(chē)頂設(shè)備檢修、車(chē)務(wù)車(chē)載設(shè)備檢修、車(chē)內(nèi)保潔作業(yè)、車(chē)外保潔作業(yè)、吸污上水作業(yè)），這一步操作大約需要15分鐘，根據(jù)作業(yè)計(jì)劃判斷是否進(jìn)行吸污作業(yè)。無(wú)電作業(yè)完成后，地勤機(jī)械師會(huì)申請(qǐng)接觸網(wǎng)供電并確認(rèn)供電安全，以便進(jìn)行有電作業(yè)。有電作業(yè)包括多個(gè)步驟，如檢查設(shè)備狀況、進(jìn)行必要的維修等，這一步約需要1小時(shí)完成。

有電作業(yè)結(jié)束后，地勤機(jī)械師會(huì)再次進(jìn)行斷電降工操作，移除安全號(hào)志，并填寫(xiě)檢修臺(tái)賬。這些步驟完成后，一級(jí)修作業(yè)流程才算結(jié)束。整個(gè)流程如圖1 所示。

2.2 站場(chǎng)構(gòu)建

由于本文研究?jī)?nèi)容只涉及動(dòng)車(chē)組進(jìn)入動(dòng)車(chē)段后的一級(jí)修檢修作業(yè)流程，對(duì)仿真模型做如下假設(shè)：動(dòng)車(chē)組出入段時(shí)間確定，作業(yè)內(nèi)容基本相同。根據(jù)前期調(diào)研，利用AnyLogic軌道庫(kù)中空間標(biāo)記面板繪制鄭州東動(dòng)車(chē)所檢修場(chǎng)站場(chǎng)圖，并標(biāo)記關(guān)鍵位置及道岔，如圖2所示。站場(chǎng)圖分為檢修庫(kù)區(qū)、到發(fā)場(chǎng)、動(dòng)車(chē)線(xiàn)三部分。一級(jí)修檢修作業(yè)結(jié)束后，動(dòng)車(chē)所質(zhì)檢員根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，在檢修庫(kù)內(nèi)組織聯(lián)檢。動(dòng)車(chē)線(xiàn)連接鄭州東站，所有出入段的動(dòng)車(chē)組均需經(jīng)過(guò)此處。

2.3 仿真流程模擬

本文利用AnyLogic建模庫(kù)的軌道庫(kù)和流程建模庫(kù)，構(gòu)建了動(dòng)車(chē)組檢修的邏輯模型[8]。該模型涵蓋了一級(jí)修檢修作業(yè)流程的模擬，并進(jìn)行了具體的細(xì)節(jié)處理，動(dòng)車(chē)組檢修邏輯如圖3所示。動(dòng)車(chē)組入段后，根據(jù)各股道的占用情況，采取不同的作業(yè)流程。首先判斷洗車(chē)股道是否空置，如果空置并且入段動(dòng)車(chē)組需要進(jìn)行清洗、吸污等操作，則優(yōu)先進(jìn)行洗車(chē)作業(yè)；否則，查看檢修區(qū)股道是否有空置，如果有未占用的檢修股道，則進(jìn)行檢修作業(yè)。如果檢修區(qū)被占滿(mǎn)，列車(chē)會(huì)暫時(shí)進(jìn)入存車(chē)區(qū)域等待，直到檢修區(qū)、洗車(chē)區(qū)有空閑股道時(shí)再進(jìn)入相應(yīng)股道進(jìn)行作業(yè)。完成全部作業(yè)后，動(dòng)車(chē)組會(huì)進(jìn)入存車(chē)區(qū)域的某股道存放，到達(dá)出段時(shí)間后開(kāi)始出段作業(yè)。通過(guò)模擬和分析動(dòng)車(chē)組檢修邏輯，本文可以更好地理解和優(yōu)化動(dòng)車(chē)組的檢修流程。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

依據(jù)鄭州東動(dòng)車(chē)所提供的檢修計(jì)劃作業(yè)信息表，仿真模擬檢修作業(yè)流程，檢修計(jì)劃表所含信息如表1 所示。

其中車(chē)次代表動(dòng)車(chē)組的編號(hào)，入場(chǎng)時(shí)間表示動(dòng)車(chē)組進(jìn)入檢修場(chǎng)站時(shí)間，車(chē)廂數(shù)表示組成列車(chē)的車(chē)廂數(shù)量（包括車(chē)頭），洗車(chē)作業(yè)表示洗車(chē)作業(yè)時(shí)間，單位為分鐘；檢修作業(yè)表示一級(jí)修作業(yè)總時(shí)間，包括無(wú)電作業(yè)、有電作業(yè)等，出所時(shí)間表示動(dòng)車(chē)組出檢測(cè)場(chǎng)站的時(shí)間。仿真結(jié)果如圖4所示。圖中包含仿真過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如檢修數(shù)量、存車(chē)數(shù)量、列車(chē)總數(shù)等。

仿真程序執(zhí)行完畢，將輸出仿真模擬的一級(jí)修作業(yè)計(jì)劃表，如表2所示，可對(duì)比模擬檢修計(jì)劃表與所提供的檢修計(jì)劃表間差異，分析計(jì)劃合理性，也為檢修計(jì)劃編制提供理論依據(jù)。

其中洗車(chē)股道表示動(dòng)車(chē)組進(jìn)行洗車(chē)作業(yè)所在的股道；存車(chē)股道表示動(dòng)車(chē)組前往檢修場(chǎng)站前等待的股道；存車(chē)時(shí)間表示在存車(chē)股道等待的時(shí)間；檢修股道表示動(dòng)車(chē)組進(jìn)行一級(jí)修作業(yè)的股道；等待股道表示動(dòng)車(chē)組等待出站時(shí)所在的股道，等待時(shí)間表示在等待股道停止的時(shí)間。

4 結(jié)論

本文利用AnyLogic仿真軟件，詳細(xì)構(gòu)建了動(dòng)車(chē)組檢修作業(yè)流程，通過(guò)對(duì)各檢修參數(shù)的確定，使得仿真模型更接近真實(shí)場(chǎng)景，輸出的仿真結(jié)果具有可分析性。本文成功地模擬了一級(jí)修檢修作業(yè)流程，并輸出了所模擬的一級(jí)修作業(yè)計(jì)劃表。這些結(jié)果為檢修計(jì)劃的制定提供了理論依據(jù)，有助于提高檢修工作的效率和準(zhǔn)確性。

雖然目前對(duì)于動(dòng)車(chē)組檢修工作的研究已經(jīng)很多[9-10]，但本文的研究著重關(guān)注了檢修細(xì)節(jié)方面的問(wèn)題。在后續(xù)研究中，將深入探討動(dòng)車(chē)組檢修細(xì)節(jié)方面的諸多問(wèn)題，如檢修過(guò)程中的故障診斷、部件更換的策略?xún)?yōu)化、人力和資源的合理分配等。本文期望通過(guò)這些研究，能夠?yàn)閯?dòng)車(chē)組檢修工作提供更加科學(xué)和有效的解決方案。