朱澤群

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

隨著高速動(dòng)車組的快速發(fā)展，全路高速鐵路里程突破2.2萬(wàn)km，日開行動(dòng)車組達(dá)2 322.5對(duì)。高鐵已經(jīng)改變了人們的出行方式。

動(dòng)車運(yùn)用所是用于動(dòng)車組的整備、停放、日常檢修和突發(fā)故障的臨時(shí)性檢修的場(chǎng)所，承擔(dān)了高鐵運(yùn)營(yíng)動(dòng)車組的一、二級(jí)檢修作業(yè)，是動(dòng)車組的后勤保障基地[1-5]。

動(dòng)車運(yùn)用所的檢修效率，直接影響了動(dòng)車組是否能夠正常運(yùn)營(yíng)。隨著檢修技術(shù)的飛速發(fā)展，檢修效率得到不斷提高，而運(yùn)用所咽喉區(qū)的接發(fā)車能力，成為制約動(dòng)車運(yùn)用所檢修效率的關(guān)鍵性因素[6-7]。而動(dòng)車所一經(jīng)投入運(yùn)用，改擴(kuò)建十分困難，必須從設(shè)計(jì)階段確保動(dòng)車運(yùn)用所咽喉區(qū)的通過(guò)能力[8-10]。

Flexsim軟件是面向工業(yè)物流、人流的圖形化仿真軟件，在倉(cāng)儲(chǔ)基地[11]、機(jī)場(chǎng)[12]、物流中心[13]、工業(yè)裝配線[14]、大型機(jī)械生產(chǎn)線[15]等方面都有很廣泛的應(yīng)用。動(dòng)車組在運(yùn)用所每日進(jìn)行檢修的活動(dòng)，可以視作多列動(dòng)車組從動(dòng)車所內(nèi)徑路通過(guò)的一種物流過(guò)程，為驗(yàn)算設(shè)計(jì)方案中動(dòng)車所內(nèi)咽喉徑路的合理性，從設(shè)計(jì)階段保證動(dòng)車運(yùn)用所的檢修效率，本文提出基于FLexsim的動(dòng)車運(yùn)用所咽喉區(qū)通過(guò)能力仿真分析方法，為新建動(dòng)車所咽喉徑路的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 動(dòng)車運(yùn)用所介紹

1.1 基本概況

動(dòng)車運(yùn)用所主要由存車場(chǎng)、檢查庫(kù)、臨修庫(kù)、旋輪庫(kù)、輪對(duì)踏面檢測(cè)棚、機(jī)車外皮清洗庫(kù)及其他生產(chǎn)生活房屋構(gòu)成[6-8]。為提高利用效率，動(dòng)車組利用天窗時(shí)間進(jìn)行檢修。動(dòng)車所擔(dān)當(dāng)動(dòng)車組需在當(dāng)天運(yùn)行結(jié)束后依次進(jìn)入所內(nèi)進(jìn)行整備檢修，檢修完成后，等待第二天正常發(fā)車。

1.2 運(yùn)用所總平面布置

以某動(dòng)車運(yùn)用所10線庫(kù)為例進(jìn)行說(shuō)明。該動(dòng)車運(yùn)用所含2條出入段線，35 條存車線，10條檢查庫(kù)線。輪對(duì)踏面檢測(cè)棚跨雙線，布置于進(jìn)場(chǎng)咽喉出入段線上。存車線、檢查庫(kù)、臨修庫(kù)、鏇輪庫(kù)、機(jī)車外皮清洗等設(shè)施如圖1所示。

圖1 某動(dòng)車運(yùn)用所總平面布置

1.3 動(dòng)車運(yùn)用所檢修工藝流程

該動(dòng)車運(yùn)用所擔(dān)當(dāng)CRH2、少量CRH1和CRH3動(dòng)車組的檢修工作，速度等級(jí)350 km/h的車型需每天檢修，250 km/h的車型隔日檢修。其運(yùn)用檢修工藝流程如圖2所示。

圖2 某動(dòng)車運(yùn)用所工藝流程

2 基于Flexsim的動(dòng)車運(yùn)用所仿真

某動(dòng)車運(yùn)用所前期階段設(shè)計(jì)進(jìn)場(chǎng)咽喉和中部咽喉徑路如圖3所示，進(jìn)場(chǎng)咽喉和中部咽喉均設(shè)平行徑路2條。

圖3 某動(dòng)車運(yùn)用所咽喉徑路

根據(jù)動(dòng)車運(yùn)用所設(shè)計(jì)徑路圖，采用Flexsim建立了動(dòng)車運(yùn)用所的模型，如圖4所示。

圖4 動(dòng)車運(yùn)用所模型

2.1 建模

基于動(dòng)車組檢修工藝流程，在Flexsim軟件中，利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及AGV路徑模擬動(dòng)車組在運(yùn)用所內(nèi)的走行路徑，動(dòng)車組必須沿著既定的路徑行走，在指定的節(jié)點(diǎn)變道；以軟件提供的發(fā)生器、暫存區(qū)部件組合起來(lái)模擬進(jìn)出段線，段內(nèi)徑路不通時(shí)，動(dòng)車組可臨時(shí)停放在進(jìn)出段線上(本運(yùn)用所進(jìn)出段線長(zhǎng)，具備短時(shí)停放的條件)。用處理器模擬輪對(duì)踏面檢測(cè)設(shè)備及各個(gè)工作車間(洗車，檢修，臨修等)檢修設(shè)施。

首先，根據(jù)設(shè)計(jì)的平面布局，建立動(dòng)車設(shè)施的模型，并在相應(yīng)位置設(shè)置仿真用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，利用AGV工具，連接行車路徑。

然后設(shè)置動(dòng)車優(yōu)先路徑。本次模擬中的動(dòng)車組共有4種類型：350 km/h速度等級(jí)、250 km/h速度等級(jí)、需鏇輪、隨機(jī)故障需臨修。根據(jù)不同的類型，設(shè)置動(dòng)車組的優(yōu)先路徑，仿真開始后，系統(tǒng)判斷動(dòng)車類型和需進(jìn)行的工藝，規(guī)劃其在指定的線路上行車。

最后，設(shè)置檢修工藝，并開始仿真。動(dòng)車組從入口駛?cè)牒?，在最近的存車線臨時(shí)停留，待有洗車位空出后駛?cè)胂窜嚕窜嚭蟾鶕?jù)是否需要檢修選擇回到存車線或進(jìn)入檢修庫(kù)。

檢修結(jié)束的車輛，通過(guò)指定徑路發(fā)往存車線(設(shè)置兩側(cè)優(yōu)先停車)。在每條停車股道中間，都需要設(shè)置1個(gè)暫存區(qū)，用于停放車輛，同時(shí)給上游的洗車處理器和檢修處理器提供有序的端口。

在入場(chǎng)處布置1個(gè)吸收器(設(shè)為出口)，連接所有的停車暫存區(qū)，用于模擬發(fā)車。

2.2 模型邊界條件

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，為每個(gè)工藝節(jié)拍設(shè)置處理時(shí)間。1列長(zhǎng)編動(dòng)車組洗車為15 min，檢修為2 h，鏇輪為8 h，臨修為1 h。

動(dòng)車最高行駛速度設(shè)為7.2 km/h，在特定的節(jié)點(diǎn)，如道岔，檢修入口，洗車入口處設(shè)定限速，速度為5 km/h。

本動(dòng)車運(yùn)用所350 km/h的動(dòng)車數(shù)目約占40%每日檢修；250 km/h的動(dòng)車組占60%隔日修。

2.3 仿真關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1工位的均勻利用

為了使每個(gè)洗車處理器和檢修處理器得到均勻的使用率，并且效率最大化，因此將入口的發(fā)送邏輯設(shè)置為隨機(jī)可用端口發(fā)送到臨時(shí)暫存區(qū)，首先用if條件語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體類型的判定，用for循環(huán)語(yǔ)句檢測(cè)可用端口數(shù)目，用到duniform函數(shù)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)隨機(jī)發(fā)送。然后臨時(shí)暫存區(qū)按排隊(duì)最短可用邏輯發(fā)送到設(shè)置好的洗車處理器。洗車處理器經(jīng)判定邏輯后，同樣按排隊(duì)最短邏輯發(fā)送至相應(yīng)的檢修處理器。

2.3.2 防碰撞和阻塞

在車輛進(jìn)行洗車流程和檢修流程的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，需要避免車輛的碰撞和堵塞。因此在模型中設(shè)定兩個(gè)守則：

(1)在洗車進(jìn)行過(guò)程中，與其股道相連的檢修處理器中的車輛(無(wú)論是否檢修完)都不能駛出；

(2)當(dāng)一個(gè)洗車處理器對(duì)應(yīng)相連的檢修處都有車輛進(jìn)行檢修時(shí)(滿員狀態(tài))，該洗車處理器的輸入端口需要暫時(shí)關(guān)閉，等有車輛從檢修處出來(lái)時(shí)才可重新開啟。

3 分析與優(yōu)化

3.1 仿真結(jié)果分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，1條檢查線最多能擔(dān)當(dāng)5列車的檢修任務(wù)。本模型采用50列動(dòng)車組進(jìn)行仿真。到達(dá)時(shí)間間隔為8 min。在開始本次仿真前，由于存車線設(shè)置量低于接車容量，部分車完成檢修后需出運(yùn)用所停車。在35條存車線停滿前，讓最先停入的5輛車依次開出庫(kù)房，然后剩下最后檢修完的車輛就停放在檢修股道上。仿真時(shí)間從開始收車(當(dāng)晚8點(diǎn))到全部車輛檢修。

中部咽喉區(qū)有2條獨(dú)立徑路，上徑路對(duì)應(yīng)6條檢查庫(kù)線，下徑路對(duì)應(yīng)4條檢查庫(kù)線，兩條徑路間轉(zhuǎn)換時(shí)，不允許有其他車輛通過(guò)。仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 仿真分析結(jié)果

上述仿真結(jié)果中，動(dòng)車組進(jìn)庫(kù)檢修等待時(shí)間較多，僅庫(kù)線1、庫(kù)線7未出現(xiàn)等待情況，完成當(dāng)日全部檢查工作共耗時(shí)863.4 min。

根據(jù)方案徑路圖中顯示，中部咽喉區(qū)有2條獨(dú)立徑路，上面徑路對(duì)應(yīng)6條檢查庫(kù)線，下面徑路對(duì)應(yīng)4條檢查庫(kù)線，仿真結(jié)果顯示一條徑路接的檢查庫(kù)線越多，等待時(shí)間越長(zhǎng)。

本方案總體等待時(shí)間長(zhǎng)，檢修效率低。

3.2 總平面優(yōu)化

為了獲得合理的等待時(shí)間，在既有用地范圍內(nèi)，需要增加咽喉徑路。調(diào)整后，在中部咽喉增加了2條徑路，并增設(shè)了2臺(tái)洗車機(jī)[8-10]，方案如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后的徑路方案示意

通過(guò)以上方法，對(duì)本徑路再次建模分析，得出檢修總用時(shí)674.7 min，比2條徑路減少了188.7 min，并統(tǒng)計(jì)20：00至檢修完成時(shí)間段內(nèi)各工位工作時(shí)間，空閑時(shí)間，等待時(shí)間等信息。

(1)洗車工位

4個(gè)洗車工位的統(tǒng)計(jì)時(shí)間如表1所示。

表1 洗車工位仿真結(jié)果

表1中統(tǒng)計(jì)時(shí)間為從接第一列車開始，到最后一列車發(fā)出時(shí)段內(nèi)的洗車、空閑時(shí)間及洗車機(jī)的利用率。由仿真數(shù)據(jù)可知：①咽喉區(qū)及洗車工序已經(jīng)沒有出現(xiàn)阻塞，這樣可以保證檢查庫(kù)線的充分利用；②其中洗車1利用率較低，部分需補(bǔ)洗車輛可安排在工序1洗車機(jī)進(jìn)行。

(2)檢修工位

10個(gè)檢修工位的統(tǒng)計(jì)時(shí)間如表2所示。

表2 檢修工位仿真結(jié)果 min

從以上數(shù)據(jù)可以看出，各檢修線的工作時(shí)間都較為飽滿，并且除了4號(hào)檢修線外，股道有效利用時(shí)間均超過(guò)50%。各檢修庫(kù)線阻塞時(shí)間在合理范圍之內(nèi)。

(3)臨修、鏇輪工位

臨修、鏇輪工位的統(tǒng)計(jì)時(shí)間如表3所示。

表3 臨修、鏇輪工位仿真結(jié)果 min

由于臨修線取消了與前部咽喉的連接道岔，導(dǎo)致等待時(shí)間較長(zhǎng)，建議將臨修線與前部咽喉貫通。

鏇輪庫(kù)作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，12.7 min的等待時(shí)間在可以接受的范圍內(nèi)。

3.3 研究結(jié)論

經(jīng)過(guò)本次仿真分析可得：

(1)咽喉區(qū)4條徑路條件下，檢修時(shí)間比2條徑路少188.7 min；

(2)4條通過(guò)徑路的條件下，接車時(shí)間間隔為8 min的條件下，該動(dòng)車運(yùn)用所每天的檢修時(shí)間內(nèi)可接車50列。按照設(shè)定的行車組織和檢修規(guī)程，動(dòng)車所內(nèi)的行車徑路、臨修、鏇輪等設(shè)施能夠滿足需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文將Flexsim物流仿真軟件應(yīng)用于對(duì)動(dòng)車運(yùn)用所咽喉區(qū)通過(guò)能力的仿真和檢算上，結(jié)論如下。

(1)驗(yàn)算了某動(dòng)車運(yùn)用所咽喉區(qū)2條徑路條件下滿負(fù)荷檢修時(shí)的節(jié)拍和耗時(shí)。

(2)提出了4條徑路方案，并驗(yàn)證了該方案的合理性。

(3)本文計(jì)算結(jié)果已在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用。

本研究在深度上還有所欠缺，對(duì)各工藝流程耗時(shí)的準(zhǔn)確把握能提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以指導(dǎo)車輛的運(yùn)用和檢修工人的排班，使檢修過(guò)程的控制更加合理，對(duì)保證動(dòng)車組的安全運(yùn)行有重要意義。