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        重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品開行方案優(yōu)化設(shè)計

        2022-11-05 06:35:20符佳芯
        物流技術(shù) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:鐵路產(chǎn)品

        符佳芯

        (西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,四川 成都 611756)

        0 引言

        我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展推動了鐵路運(yùn)輸?shù)姆睒s,重載鐵路運(yùn)輸以大運(yùn)量、低成本等優(yōu)勢成為我國鐵路貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢。為了增加重載鐵路的運(yùn)輸能力和運(yùn)輸效益,應(yīng)對重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品的開行方案進(jìn)行研究,合理配置鐵路運(yùn)輸資源,提高重載鐵路的競爭力。

        郭帥,等[1]以北京局集團(tuán)公司快捷貨物運(yùn)輸為例,通過建立標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、拓展直達(dá)運(yùn)輸業(yè)務(wù)等方式構(gòu)建快捷的貨物運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。秦勝,等[2]通過分析目前長江沿岸貨運(yùn)市場的供求情況,設(shè)計了沿江鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品優(yōu)化方案。王波,等[3]分析了鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品的多樣性,在此基礎(chǔ)上提出了差異化的運(yùn)輸產(chǎn)品設(shè)計理念。王永成[4]從影響既有線開行重載列車的影響因素出發(fā),分析了重載列車組織形式,并提出了既有線重載運(yùn)輸組織方案。段力偉[5]分析了不同市場細(xì)分、不同客戶需求的特點(diǎn),設(shè)計了有針對性和差異性的鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品,來滿足貨運(yùn)市場的運(yùn)輸需求并降低鐵路運(yùn)輸費(fèi)用。宗巖[6]在分析國外鐵路的貨運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)上,認(rèn)為我國可以借鑒其先進(jìn)發(fā)展經(jīng)驗,從貨運(yùn)需求和市場競爭的角度出發(fā),開發(fā)“定制化、準(zhǔn)時化、個性化、多樣化”的鐵路特色貨運(yùn)產(chǎn)品,并加強(qiáng)對鐵路運(yùn)營的管理,以達(dá)到增強(qiáng)鐵路競爭力的目的。王宏亮[7]設(shè)計了差異化和定制化的鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品,指出優(yōu)先組織大宗貨物列車運(yùn)行、靈活定價、提高附加值貨運(yùn)產(chǎn)品的市場份額是提高鐵路運(yùn)輸效益的有效途徑。許振東,等[8]認(rèn)為通過建立集疏運(yùn)一體化的貨運(yùn)組織模式和客戶服務(wù)中心,可以提高貨物運(yùn)輸效率和運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量。武軼杰[9]分析朔黃鐵路近遠(yuǎn)期運(yùn)量增長的情況,通過建立目標(biāo)規(guī)劃模型,在線路運(yùn)量最大、機(jī)車車輛數(shù)量最少、不超過線路平均通過能力等約束條件下對該問題進(jìn)行了求解。伍夢歡[10]研究了既有線開行重載列車需要具備的條件,通過計算年貨運(yùn)量、既有線通過能力,建立滿足旅客運(yùn)輸需求的既有線列車開行數(shù)量優(yōu)化模型。

        為實現(xiàn)重載鐵路貨運(yùn)的健康發(fā)展,應(yīng)通過對傳統(tǒng)的貨運(yùn)產(chǎn)品種類、數(shù)量、路徑等屬性進(jìn)行分析,構(gòu)建與貨運(yùn)市場和自身優(yōu)勢相適應(yīng)的貨運(yùn)產(chǎn)品體系,滿足多樣化的運(yùn)輸需求。同時貨運(yùn)產(chǎn)品開行方案的設(shè)計應(yīng)滿足線路的年輸送能力、機(jī)車車輛運(yùn)輸數(shù)量的限制以及線路日常列車運(yùn)行調(diào)整的需要,不僅可以起到優(yōu)化運(yùn)輸資源配置的作用,還有利于運(yùn)輸成本的降低和運(yùn)輸效益的提升。

        1 鐵路現(xiàn)有貨運(yùn)產(chǎn)品分析

        1.1 貨運(yùn)產(chǎn)品的形式與分類

        鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品是指以列車為載體,實現(xiàn)貨物在空間上的位移,即貨物從約定起點(diǎn)至約定終點(diǎn)的運(yùn)輸服務(wù),及其鐵路運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的各種延伸服務(wù),如信息查詢服務(wù)、質(zhì)量保證等。

        鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品按照不同的開行方式、列車編組方式、運(yùn)輸貨物品類、列車開行技術(shù)條件等運(yùn)營組織管理因素可劃分為多種。我國傳統(tǒng)的鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品是運(yùn)能緊張情況下開行的低附加值的貨運(yùn)產(chǎn)品形式,主要用于保障基礎(chǔ)的運(yùn)輸需求,所以其形式單一,主要有:直達(dá)列車、直通列車、區(qū)段列車、摘掛列車、小運(yùn)轉(zhuǎn)列車等。

        隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整優(yōu)化,貨運(yùn)產(chǎn)品的差異性也愈加明顯。為滿足多樣化的貨運(yùn)需求和運(yùn)輸時效性的要求,出現(xiàn)了一些新形式的貨運(yùn)產(chǎn)品,主要有特快貨物班列、快運(yùn)貨物列車、“五定班列”、冷藏列車等。這些貨運(yùn)產(chǎn)品提高了鐵路的運(yùn)輸效益。

        根據(jù)鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品的特征構(gòu)建不同系列的產(chǎn)品體系,可增加貨運(yùn)產(chǎn)品品種多樣性,提高產(chǎn)品開發(fā)的速度,幫助重載鐵路快速響應(yīng)市場需求。

        (1)基于貨物的產(chǎn)品體系。鐵路運(yùn)輸?shù)呢浳镏饕譃楦吒郊又瞪唐放c大宗商品兩大類。其中高附加值的商品包括商品車、橡膠、紙品等,大宗貨物包括煤炭、鋼鐵、糧食等。針對不同品類的貨物,可開發(fā)設(shè)計的貨運(yùn)產(chǎn)品包括煤炭專列、糧食專列、集裝箱專列、鮮活貨物班列等。

        (2)基于運(yùn)輸組織形式的產(chǎn)品體系。針對不同的貨物運(yùn)輸組織形式和途中作業(yè)內(nèi)容,貨運(yùn)產(chǎn)品包括大宗貨物直達(dá)班列、組織中轉(zhuǎn)班列、一站直達(dá)列車、途中甩掛列車、途中卸車列車等。

        (3)基于時效性的產(chǎn)品體系。按照不同貨物列車運(yùn)行速度,貨運(yùn)產(chǎn)品可分為特快貨物班列、快速貨物班列、普速貨物班列,按貨物送達(dá)時間可分為當(dāng)日達(dá)列車、次日達(dá)列車和規(guī)定期限列車。

        1.2 貨主對鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品的需求分析

        貨主對鐵路貨運(yùn)的需求是在滿足產(chǎn)品“位移”的基礎(chǔ)上,對產(chǎn)品功能、附加服務(wù)等方面提出的要求。在進(jìn)行重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計時,應(yīng)從所運(yùn)送貨物的特點(diǎn)出發(fā),結(jié)合重載鐵路自身優(yōu)勢和線路特征,注重客戶需求,開發(fā)設(shè)計適應(yīng)鐵路發(fā)展的一體化貨運(yùn)產(chǎn)品,以增加鐵路貨運(yùn)的多樣性,滿足不同客戶需求。

        (1)經(jīng)濟(jì)性。運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性是指運(yùn)輸成本或運(yùn)輸費(fèi)用。傳統(tǒng)的運(yùn)輸成本主要指每單位重量公里的運(yùn)費(fèi),與貨物運(yùn)量、運(yùn)距等因素有關(guān)?,F(xiàn)在客戶一般期望購買整體服務(wù),即包括接取送達(dá)、運(yùn)輸、裝卸等服務(wù),運(yùn)輸成本指的是運(yùn)輸過程中的總費(fèi)用。在服務(wù)質(zhì)量相同的條件下,客戶往往傾向于選擇運(yùn)輸費(fèi)用低的貨運(yùn)產(chǎn)品。

        (2)安全性。貨物運(yùn)輸?shù)幕疽笫潜WC貨物完好無損、安全送達(dá)目的地,這也是衡量運(yùn)輸服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)之一。鐵路運(yùn)輸企業(yè)通常以貨運(yùn)責(zé)任事故數(shù)、萬元賠償率等指標(biāo)反映貨物運(yùn)輸?shù)陌踩?。目前,鐵路運(yùn)輸企業(yè)運(yùn)用科學(xué)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等手段,大大提高了各種貨運(yùn)產(chǎn)品的安全性。

        (3)時效性。現(xiàn)在,貨主對貨運(yùn)產(chǎn)品的時效性要求越來越高,提高貨運(yùn)產(chǎn)品的時效性主要體現(xiàn)在縮短送達(dá)時間并準(zhǔn)時交貨。在鐵路運(yùn)輸組織中,時效性用貨物運(yùn)到期限體現(xiàn)。運(yùn)到期限由貨物發(fā)送時間、運(yùn)輸時間和特殊作業(yè)時間三部分組成。其中貨物發(fā)送時間規(guī)定為1天,運(yùn)輸時間和特殊作業(yè)時間與運(yùn)輸條件、貨物種類等因素有關(guān)。貨運(yùn)產(chǎn)品的時效性主要受既有設(shè)備設(shè)施、運(yùn)輸組織水平等因素的影響,不同的貨物對時效性的要求也不盡相同。

        (4)便捷性。貨物運(yùn)輸?shù)谋憬菪灾饕w現(xiàn)在客戶辦理手續(xù)方便快捷、信息服務(wù)暢通高效等方面。鐵路運(yùn)輸企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)化經(jīng)營簡化客戶作業(yè)手續(xù)、縮短貨物運(yùn)送時間、提高準(zhǔn)時交貨率、加強(qiáng)信息技術(shù)支持等方式提高運(yùn)輸服務(wù)水平。便捷性是貨運(yùn)產(chǎn)品一體化設(shè)計需要考慮的重要因素。

        2 重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品開行方案設(shè)計

        2.1 重載列車組織形式

        重載運(yùn)輸是指在一定的鐵路技術(shù)設(shè)備條件下,擴(kuò)大列車編組,提高列車牽引重量的運(yùn)輸方式。重載運(yùn)輸是鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢,也是鐵路運(yùn)輸發(fā)展現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。按照組織形式,重載列車主要分為單元式、整列式和組合式重載列車。

        (1)單元式重載列車。單元式重載列車是指由固定的機(jī)車車輛(大功率機(jī)車和一定輛數(shù)的同一類型的專用車輛)組成一個運(yùn)輸單元,以此作為運(yùn)營計費(fèi)單位。

        組織單元式重載列車要求裝車、運(yùn)行和卸車等環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合,各項設(shè)備實施配套齊全,組織形式要求較高,需要滿足以下條件:貨運(yùn)量較大且貨流穩(wěn)定,流向集中,列車固定編組和固定的作業(yè)時間標(biāo)準(zhǔn),在固定的裝卸站之間往返運(yùn)輸貨物,途中不需要解編作業(yè);運(yùn)用大功率機(jī)車和專用貨車,以及相應(yīng)的機(jī)車交路和乘務(wù)制度,保障列車正常運(yùn)行;具有良好的裝卸能力,實現(xiàn)快速貨物作業(yè);合理有效的運(yùn)營管理體制。大秦線采用了此類重載列車。

        (2)整列式重載列車。整列式重載列車是指由大功率機(jī)車或雙機(jī)牽引,不同類型的車輛混合編組,并達(dá)到規(guī)定重量標(biāo)準(zhǔn)的列車。

        整列式重載列車的貨物作業(yè)、換掛作業(yè)等與普通貨物列車相似,在運(yùn)行途中還可進(jìn)行改編作業(yè)。組織整列式重載列車要求貨運(yùn)量較大且貨流穩(wěn)定,車站到發(fā)線有效長需要延長至1 050m以上。朔黃鐵路采用了此類列車。

        (3)組合式重載列車。組合式重載列車是將兩列及以上同方向運(yùn)行的列車首尾相連,合并組成的重載列車,機(jī)車掛于列車的頭部和中部。

        開行組合式重載列車?yán)谠黾恿熊嚲幗M輛數(shù)和牽引重量,節(jié)省運(yùn)行線,有效緩解線路運(yùn)輸能力緊張,提高鐵路線路能力、設(shè)備設(shè)施利用效率和運(yùn)輸效益。組織組合式重載列車需要考慮線路的繁忙程度、貨流來源以及裝卸站的位置,合理組合和分解列車,提高貨物運(yùn)輸效率。

        隨著重載鐵路技術(shù)設(shè)備逐步完善以及大型貨車的發(fā)展,根據(jù)鐵路運(yùn)輸需要,規(guī)劃不同重量、組織形式的重載列車貨運(yùn)產(chǎn)品方案,最大限度地提高重載鐵路的運(yùn)輸能力和運(yùn)輸效益,成為鐵路運(yùn)貨工作面臨的重大課題。

        2.2 重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品開行方案模型的構(gòu)建

        2.2.1 約束條件。為滿足重載鐵路年輸送能力要求,充分利用線路能力,本文通過建模選擇合理的重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品開行方案。確定鐵路上開行的重載列車主要包括5 000t、8 000t、10 000t、20 000t四種類型。模型應(yīng)滿足的約束條件如下:

        (1)重載鐵路年貨運(yùn)量不少于需求運(yùn)輸能力;

        (2)考慮實際運(yùn)輸組織過程中列車運(yùn)行圖調(diào)整的需要,線路通過能力利用率不高于80%;

        (3)每日運(yùn)用的機(jī)車總臺數(shù)應(yīng)少于日均配置數(shù)量;

        (4)C80型貨車用于20 000t重載列車,數(shù)量有限。

        約束條件(1)是由決策者提出的關(guān)于貨運(yùn)量的硬性要求,是模型追求的最主要的優(yōu)化目標(biāo),為第一優(yōu)先級,用P1表示;約束條件(2)是對線路能力的要求,預(yù)留線路能力進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整,為第二優(yōu)先級,用P2表示;約束條件(3)是由于機(jī)車數(shù)量有限,以提高機(jī)車運(yùn)用效率為目標(biāo),為第三優(yōu)先級,用P3表示;約束條件(4)是由于貨車數(shù)量有限,在開行方案中以實現(xiàn)貨車數(shù)量最少為目標(biāo),為第四優(yōu)先級,用P4表示。

        2.2.2 目標(biāo)函數(shù)。鐵路上開行牽引重量為Qi的列車數(shù)量為xi,i=1,2,3,4,根據(jù)貨物列車開行對數(shù)的公式,開行對數(shù)為:

        式中,G—年設(shè)計貨運(yùn)量;Kb—貨運(yùn)波動系數(shù);φi—牽引重量為Qi的載重系數(shù)。

        根據(jù)平行運(yùn)行圖計算公式:

        式中,Tc—天窗維修時間;

        Ii—重量為Qi的列車的追蹤間隔時間。

        根據(jù)非平行運(yùn)行圖的計算得到的開行對數(shù):

        式中,nk—線路上開行的旅客列車數(shù);εk—開行旅客列車的扣除系數(shù)。

        在我國鐵路線路上,開行一列20 000t重載列車需4臺電力機(jī)車牽引,10 000t和8 000t需2臺機(jī)車,5 000t需1臺機(jī)車。機(jī)車周轉(zhuǎn)時間為θj,需要系數(shù)為Kj,機(jī)車日均運(yùn)用臺數(shù)為N,則:

        式中,tb—機(jī)車在基本段停留時間;tz—機(jī)車在折返段停留時間;ts—在區(qū)間單方向純運(yùn)行時間。

        根據(jù)約束條件(1):

        根據(jù)約束條件(2):

        根據(jù)約束條件(3):

        根據(jù)約束條件(4),20 000t重載列車編組輛數(shù)m,貨車周轉(zhuǎn)時間是θh,C80貨車日均配備m臺,則:

        綜上所述,重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品開行方案的多目標(biāo)模型為:

        本文建立的重載列車開行組合方案模型為多目標(biāo)規(guī)劃模型,利用LINGO軟件,將多目標(biāo)拆分為幾個單目標(biāo)問題,并按優(yōu)先等級第一至第四依次求解,將結(jié)果輸出并加以分析。

        3 案例分析

        結(jié)合大秦線的運(yùn)營經(jīng)驗,假設(shè)我國某重載鐵路20 000t列車追蹤間隔時間為12min,10 000t列車追蹤間隔時間為10min,8 000t與5 000t列車追蹤間隔時間為8min。采用V型維修天窗,作業(yè)時間為180min,貨運(yùn)波動系數(shù)為1.1,雙線預(yù)留0.15的后備能力,根據(jù)設(shè)計要求,該鐵路線路上每日運(yùn)行10對旅客列車,旅客扣除系數(shù)為2.6,機(jī)車每日可運(yùn)用420臺,在基本段與折返段停留時間為180min,C80貨車編組輛數(shù)為200輛,貨車周轉(zhuǎn)時間θh為3d。表1是三類貨車的技術(shù)參數(shù):

        表1 三種貨車技術(shù)參數(shù)

        根據(jù)本文建立的優(yōu)化模型,結(jié)合相關(guān)的技術(shù)參數(shù),根據(jù)公式(9),得到的多目標(biāo)規(guī)劃模型為:

        運(yùn)用LINGO軟件,求出此多目標(biāo)模型的解,表2為最終開行方案。

        表2 重載列車開行組合方案

        從表2可以看到,四種方案都滿足該重載鐵路設(shè)計年運(yùn)量和線路能力的要求。

        方案1是只開行5 000t重載列車,便于運(yùn)輸組織,但需要增加機(jī)車運(yùn)用臺數(shù),該組織方案不利于鐵路運(yùn)輸效率的提高。

        方案2開行了5 000t和20 000t的重載列車,但需要增加C80型貨車數(shù)量。

        方案3開行了5 000t、8 000t和20 000t的重載列車,也需要增加C80型貨車數(shù)量。

        方案4開行5 000t、8 000t、10 000t和20 000t的重載列車,同時滿足了四個優(yōu)化目標(biāo),較為合理。

        由此可知,對于該重載鐵路,方案4的開行組合方案較為理想,但在未來,隨著貨運(yùn)量的增加和技術(shù)設(shè)備不斷創(chuàng)新,線路可以只開行10 000t和20 000t的列車,便于降低運(yùn)輸組織和調(diào)度工作的難度,提高貨物運(yùn)輸效率和效益。

        4 結(jié)語

        本文提出的重載鐵路貨運(yùn)產(chǎn)品開行方案優(yōu)化方法,滿足了重載鐵路多樣化的運(yùn)輸需求,并對運(yùn)輸資源配置起到了優(yōu)化作用。另外,本文在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時,只考慮了重載鐵路的年運(yùn)量、線路能力、機(jī)車車輛數(shù)量等,還需要進(jìn)一步對“天窗”設(shè)置方式、到發(fā)線使用、通信等設(shè)備配置方案進(jìn)行研究,以提高重載鐵路運(yùn)輸效率。

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