Цифровой двойник для железнодорожных станций

Ключевым звеном грузовых железнодорожных перевозок являются сортировочные станции.

Сортировочные станции работают совсем иначе, чем обычные станции, на которых происходит погрузка-выгрузка вагонов и маневровая работа по отцепке вагонов. Задача сортировочных станций - ускорение продвижения вагонов к станциям назначения. Достигается это путем объединения разрозненных вагонов в маршрутные поезда, которые потом проезжают без остановки множество промежуточных станций. В отличие от участков и перегонов, на сортировочной станции вагоны в основном стоят (около 10 часов), а перемещаются сотрудники станции и информация. 

Диспетчер на станции должен контролировать множество последовательно-параллельных процессов, от его действий зависит будет ли станция работать "поточно" - когда вагоны своевременно перемещаются по этапам технологических процессов. Для этого ему нужно анализировать действия сотрудников, следить за событиями, происходящими на станции, и вовремя принимать управленческие решения.

В фантастическом триллере «Исходный код» главный герой снова и снова пытается спасти поезд от аварии. Оказывается, он подключен к инновационной вычислительной системе «Исходный код», которая на основании мельчайших данных воссоздает поминутно день аварии, действия и поступки каждого человека. Главный герой находится внутри симуляции и у него есть только 8 минут чтобы изменить ход событий...

Аналогичная технология используется в настоящее время на станции Кинель для сокращения постоев вагонов и автоматического планирования локомотивных бригад.  Технически это подсистема АСУ СТ (Управление станциями), но среди движенцев прижилось название «Полиграф». 

Система  «Полиграф»  содержит модуль имитационного моделирования, в котором на основании данных от систем применяемых для организации перевозок (ГИД Урал, АСУ СТ, АСОУП2, Эльбрус) для каждого вагона, локомотива и бригады выполнятся предиктивный просчет их перемещений по станциям и участкам в будущем, на 24 часа вперед. Таким образом можно как будто заглянуть в будущее и понять какой именно будет ситуация на станции. Результатом работы модулей является множество графиков технологической обработки поездов, вагонов и локомотивов - отсюда и название системы.

Полученный результат прогнозирования используется для решения трех задач:

Планирование отправления поездов (ПиКОП)

Грузовые поезда, отправляемые со станции Кинель в сторону Сызрани, могут двигаться тремя маршрутами: через город Самару по главному ходу, через южный ход и через станцию Жигулевское море. У каждого из вариантов есть свои ограничения и весовые нормы. При обычном планировании станционный диспетчер должен мысленно прикинуть темпы образования новых поездов на станции, распределить их на три направления по «точкам отправления», на каждый поезд подобрать локомотив, заказать его в депо, а к локомотиву найти локомотивную бригаду. С приходом «эры Полиграфа» участие человека в организации процессов сведено к минимуму. Система сама в автоматизированном режиме планирует подвязку поездов, локомотивов и локомотивных бригад, и сама выполняет их заказ. От диспетчера требуется только нажать на кнопку обновления данных на экране компьютера.

Для того, чтобы обеспечить идентичность принимаемых решений, в «Полиграф» в этом году были добавлены «Цифровые двойники» станционного диспетчера и дежурного по депо. Для этого в течение последнего полугода систему обучали и настраивали, ежедневно выполняя сверку результатов планирования человека и машины. В будущем «цифровые двойники» будут создаваться с использованием искусственного интеллекта.

Сокращения простоев вагонов и выполнения сроков доставки

Сортировочная станция Кинель представляет собой огромную фабрику, которая ускоряет продвижение вагонов путем группировки их в экспресс-поезда, следующие до станции назначения без остановки. Но у этого ускорения есть цена - ожидание накопления, момента когда на выделенном пути соберутся однотипные вагоны. Как и в первом случае, для оценки будущих простоев вагонов диспетчеру нужно проделать много ручных операций - для десятка поездов в подходе к станции открыть список вагонов, оценить их вхождение в план формирования и т.д.  С использованием  «Полиграфа» затраты времени сократились до секунд.

На основании моделирования система оценивает прогнозное время простоя всех вагонов на станции, определяет моменты, когда вагоны пройдут сортировочную горку, моменты завершения накопления, выставки состава в парк отправления и отправления составов. Результат выдается диспетчеру в наглядном виде. В случае, если прогнозные простои превышают норму, то есть создают риск срыва сроков доставки, диспетчер, зная взаимосвязь операций, может принять меры по ускорению обработки вагонов (сдваивание поездов, объединение попутных назначений, подвод замыкающих групп). Эти меры будут учтены при следующей симуляции.

Навигатор для сортировочной станции.

До этого все рассмотренные задачи были связаны с процессом отправления поездов, как с наиболее сложным и важным процессом работы станции. Пора еще глубже интегрировать имитационное моделирование в контур работы станции.

Почти все описанные ранее решения, кроме ПиКОП, предполагали, что персонал станции работает привычным образом, а планирование работает параллельно и дает оценку количества поездов, их характеристики. А дальше уже на усмотрение диспетчеров - следовать этому или нет. Это, как если бы водитель в "Яндекс.Навигаторе" построил маршрут в центр, а сам поехал дворами. Где то срезал, где то нарушил правила. И в навигаторе у него постоянно "пересчет маршрута. пересчет маршрута".

Как сделать так, чтобы все работали по сформированному плану?

Для этого в составе системы появился интерфейс, который директивно определяет порядок работы всех сотрудников станции. Как в "Яндекс. Навигаторе" есть информация о следующем повороте и его времени, так и у нас есть интерфейс  "Функциональный навигатор", который для каждого сотрудника дает список операций, их времена. Прямо из этого интерфейса диспетчер может распределить задания (наряды) по сотрудникам, и они сами будут отправлены им на смартфоны, на мобильные рабочие места (МРМ).