軌道車輛架修列計劃自動排程算法設(shè)計與應(yīng)用

0引言軌道交通車輛架修是保障軌道交通運營安全、提高運營效率和延長車輛壽命的重要手段，在車輛架修生產(chǎn)工作組織中，列計劃的制定與實施作為該手段的核心，對提高軌道交通車輛的安全性、耐用性和可靠性有著巨大的作用。合肥軌道車輛架修列計劃目前主要采用傳統(tǒng)的人工計算編制Excel表的方式，需要花費大量時間比對架修數(shù)據(jù)。同時，為保證架修作業(yè)的準確無誤，須對已經(jīng)編制完成的架修列計劃進行二次人工審核，導(dǎo)致重復(fù)工作，增加人力成本。另外，由于對比報表數(shù)量多，且傳統(tǒng)編制方式下的架修列計劃排程不具備自動糾錯功能，針對其是否可以滿足架修段能力等多設(shè)條件，存在較高的易錯風險。研究和制定合理的架修列計劃自動排程算法，實現(xiàn)車輛架修列計劃的信息自動化排程，能夠提高軌道交通車輛架修列計劃排程工作的效率和準確性，對于軌道交通行業(yè)的發(fā)展和提升服務(wù)水平具有迫切的需求價值。1模型建立借助計算機科學和信息技術(shù)，建立能夠?qū)崿F(xiàn)自動排程的架修列計劃算法模型，將其進行信息化的應(yīng)用，提高架修列計劃排程工作的信息化和自動化水平。通過該模型算法的設(shè)計和應(yīng)用，可以高效地進行列計劃排程、更好地控制和分配維修作業(yè)的時間和資源，確保排程的高質(zhì)量交付和及時實施。整體框架模型如圖1所示。圖1框架模型排程車輛信息主要包括車號、接車日期等；架修車輛信息為車輛段所有車輛主數(shù)據(jù)，包括車號、車輛名稱、車型、所屬線路等；架修工藝信息包括架修車型的工藝路線、流程工序、工序耗時、標準作業(yè)信息、作業(yè)開工日期、標準作業(yè)人數(shù)及工藝設(shè)備等。2設(shè)計思路通過建立架修工藝關(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，確定車輛需要進行的架修作業(yè)項目，包括檢修、更換、維護等。依據(jù)車輛的架修作業(yè)項目，進一步確定架修工藝流程，包括拆卸、檢查、修理、組裝等步驟，以及各步驟所需架修作業(yè)時間和工具設(shè)備。明確排程車輛信息，包括車號及接車日期，通過與架修車輛基本數(shù)據(jù)進行參數(shù)信息匹配，結(jié)合排程車輛信息、架修作業(yè)項目、架修工藝流程、工具設(shè)備等要素，綜合考慮列計劃排程的自動生成，包括架修開始時間、結(jié)束時間、車輛調(diào)配、人員和設(shè)備調(diào)配等。最后，生成的初始列計劃需進行沖突檢測，引入拓撲排序進行糾正，糾正后的列計劃仍需再次進行沖突檢測，直至滿足要求，以最大程度的提高架修列計劃排程效率、準確性和合理性。3實施步驟3.1架修工藝關(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)模型建立架修工藝關(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)模型包括各自架修工序的前后及上下級覆蓋關(guān)系，屬于脈絡(luò)梳理型架修工序確定的自動編排方法。匹配與確定架修車輛相關(guān)的架修工藝信息，包括拆卸、檢查、修理、組裝等工藝步驟，根據(jù)其工藝類型及上下級覆蓋關(guān)系，建立架修工藝關(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，量化作業(yè)工序步驟為工藝參數(shù)變量，確定架修工序優(yōu)先級，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整車輛架修工序，以應(yīng)對架修工序意外阻滯的情況，關(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)模型如圖2所示。圖2關(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)模型獲取架修車輛架修工藝流程及工序步驟，形成數(shù)據(jù)集An，其包含工藝步驟優(yōu)先級（開始時為空），并按照工藝類型的上下級覆蓋關(guān)系對An進行排序，將上級工序排到前面并更新An中的優(yōu)先級，以此類推。3.2架修列計劃自動排程首先輸入車號及接車日期，確定架修作業(yè)的工期以及具體架修時間，依據(jù)其工藝路線標準作業(yè)單及架修工藝優(yōu)先級的確定，遞推排出從接車日期開始后每一條架修作業(yè)對應(yīng)的計劃日期，從而生成架修初始列計劃。定義作業(yè)LFT最早為目標函數(shù)：f（x）=max{xi+Si}，其中，Si為作業(yè)i的最早開始及最晚結(jié)束時間集，規(guī)定排程算法流程中約束條件集：C={C1，C2，…，Ck}。具體約束條件如下：在滿足架修能力的前提下，對于作業(yè)i，有xi≥tj-M（1-yj），M為充分大的常數(shù)值，表示如果架修時間段j可用，則作業(yè)i必須在該時間段內(nèi)開始。如果作業(yè)i依賴于作業(yè)j，則有xi≥xj+dji，dji為作業(yè)j到作業(yè)i的時間間隔。對于作業(yè)i和j，有yj≥xi+di+Stj，S為作業(yè)i所需的架修時間，di為作業(yè)i之前的所有作業(yè)所需的架修時間。根據(jù)上述約束條件實現(xiàn)架修列計劃遞推式自動排程，再依據(jù)初始列計劃進行作業(yè)時間和資源的沖突檢測與調(diào)整，避免車輛架修過程中存在作業(yè)時間與資源的沖突，帶來不可挽回的后果。架修列計劃自動排程應(yīng)用算法流程如圖3所示。圖3算法流程3.3沖突檢測初始列計劃生成后，通過PERT算法進行作業(yè)時間和資源的沖突檢測。具體來說，需要明確每個架修作業(yè)任務(wù)所需的作業(yè)時間和作業(yè)資源，計算各個作業(yè)的最早開始時間EST和最晚完成時間LFT及確定每個架修作業(yè)在作業(yè)時間段內(nèi)所需的設(shè)備資源。以此確定車輛架修的整體作業(yè)路徑，依據(jù)其整體的作業(yè)路徑，形成架修作業(yè)數(shù)據(jù)集Z，檢查任意兩個作業(yè)i和j之間是否需要同一時間使用同一種設(shè)備，即檢測工班之間的作業(yè)順序與工藝設(shè)備的使用是否存在沖突。若檢測后的結(jié)果顯示其作業(yè)數(shù)據(jù)集Z≠φ，則說明存在沖突，需進一步引入拓撲排序（TS）算法進行作業(yè)資源和時間的序列調(diào)整，調(diào)整后仍需按上述過程進行沖突檢測，直至作業(yè)i和作業(yè)j之間滿足檢測條件，以實現(xiàn)整體架修列計劃自動排程的完備高效性。4應(yīng)用效果通過該車輛架修列計劃自動排程算法的設(shè)計與應(yīng)用，利用信息化手段自動生成車輛架修列計劃排程方案，實現(xiàn)列計劃排程工作的高效性、準確性。相比于傳統(tǒng)的架修列計劃編制方式，應(yīng)用效果對比見表1。表1應(yīng)用對比該設(shè)計應(yīng)用后，車輛架修列計劃自動排程的精度更高，不僅可以最大程度地避免排程沖突和錯誤，還大大減少人力資源的浪費，節(jié)省人力成本，間接實現(xiàn)“降本增效”的企業(yè)優(yōu)化目標。因此，針對該算法的應(yīng)用效果及價值非常顯著。5結(jié)束語基于先進的模型算法，針對合肥軌道架修列計劃排程設(shè)計出完備高效的自動排程算法，實現(xiàn)架修列計劃的自動排程和沖突檢測，從而提高架修列計劃的編制效