軌道車輛架修列計(jì)劃自動(dòng)排程算法設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉 濤，裴嚴(yán)冬，熊光珍

（1.合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，安徽合肥 230001；2.安徽云軌信息科技有限公司，安徽馬鞍山 243000）

0 引言

軌道交通車輛架修是保障軌道交通運(yùn)營(yíng)安全、提高運(yùn)營(yíng)效率和延長(zhǎng)車輛壽命的重要手段，在車輛架修生產(chǎn)工作組織中，列計(jì)劃的制定與實(shí)施作為該手段的核心，對(duì)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(jì)劃目前主要采用傳統(tǒng)的人工計(jì)算編制Excel 表的方式，需要花費(fèi)大量時(shí)間比對(duì)架修數(shù)據(jù)。同時(shí)，為保證架修作業(yè)的準(zhǔn)確無(wú)誤，須對(duì)已經(jīng)編制完成的架修列計(jì)劃進(jìn)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(duì)比報(bào)表數(shù)量多，且傳統(tǒng)編制方式下的架修列計(jì)劃排程不具備自動(dòng)糾錯(cuò)功能，針對(duì)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(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。

研究和制定合理的架修列計(jì)劃自動(dòng)排程算法，實(shí)現(xiàn)車輛架修列計(jì)劃的信息自動(dòng)化排程，能夠提高軌道交通車輛架修列計(jì)劃排程工作的效率和準(zhǔn)確性，對(duì)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(jià)值。

1 模型建立

借助計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)，建立能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)排程的架修列計(jì)劃算法模型，將其進(jìn)行信息化的應(yīng)用，提高架修列計(jì)劃排程工作的信息化和自動(dòng)化水平。通過(guò)該模型算法的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，可以高效地進(jìn)行列計(jì)劃排程、更好地控制和分配維修作業(yè)的時(shí)間和資源，確保排程的高質(zhì)量交付和及時(shí)實(shí)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(hào)、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(hào)、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(shí)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)信息、作業(yè)開(kāi)工日期、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)人數(shù)及工藝設(shè)備等。

2 設(shè)計(jì)思路

通過(guò)建立架修工藝關(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，確定車輛需要進(jìn)行的架修作業(yè)項(xiàng)目，包括檢修、更換、維護(hù)等。依據(jù)車輛的架修作業(yè)項(xiàng)目，進(jìn)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(shí)間和工具設(shè)備。

明確排程車輛信息，包括車號(hào)及接車日期，通過(guò)與架修車輛基本數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)信息匹配，結(jié)合排程車輛信息、架修作業(yè)項(xiàng)目、架修工藝流程、工具設(shè)備等要素，綜合考慮列計(jì)劃排程的自動(dòng)生成，包括架修開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)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(jì)劃需進(jìn)行沖突檢測(cè)，引入拓?fù)渑判蜻M(jìn)行糾正，糾正后的列計(jì)劃仍需再次進(jìn)行沖突檢測(cè)，直至滿足要求，以最大程度的提高架修列計(jì)劃排程效率、準(zhǔn)確性和合理性。

3 實(shí)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(jí)覆蓋關(guān)系，屬于脈絡(luò)梳理型架修工序確定的自動(dòng)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(jí)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(jí)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整車輛架修工序，以應(yīng)對(duì)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(jí)（開(kāi)始時(shí)為空），并按照工藝類型的上下級(jí)覆蓋關(guān)系對(duì)An進(jìn)行排序，將上級(jí)工序排到前面并更新An中的優(yōu)先級(jí)，以此類推。

3.2 架修列計(jì)劃自動(dòng)排程

首先輸入車號(hào)及接車日期，確定架修作業(yè)的工期以及具體架修時(shí)間，依據(jù)其工藝路線標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)單及架修工藝優(yōu)先級(jí)的確定，遞推排出從接車日期開(kāi)始后每一條架修作業(yè)對(duì)應(yīng)的計(jì)劃日期，從而生成架修初始列計(jì)劃。

定義作業(yè)LFT 最早為目標(biāo)函數(shù)：f（x）=max{xi+Si}，其中，Si為作業(yè)i 的最早開(kāi)始及最晚結(jié)束時(shí)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(duì)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(shí)間段j 可用，則作業(yè)i 必須在該時(shí)間段內(nèi)開(kāi)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(shí)間間隔。對(duì)于作業(yè)i 和j，有yj≥xi+di+Stj，S 為作業(yè)i 所需的架修時(shí)間，di為作業(yè)i 之前的所有作業(yè)所需的架修時(shí)間。

根據(jù)上述約束條件實(shí)現(xiàn)架修列計(jì)劃遞推式自動(dòng)排程，再依據(jù)初始列計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)時(shí)間和資源的沖突檢測(cè)與調(diào)整，避免車輛架修過(guò)程中存在作業(yè)時(shí)間與資源的沖突，帶來(lái)不可挽回的后果。架修列計(jì)劃自動(dòng)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(cè)

初始列計(jì)劃生成后，通過(guò)PERT 算法進(jìn)行作業(yè)時(shí)間和資源的沖突檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，需要明確每個(gè)架修作業(yè)任務(wù)所需的作業(yè)時(shí)間和作業(yè)資源，計(jì)算各個(gè)作業(yè)的最早開(kāi)始時(shí)間EST 和最晚完成時(shí)間LFT 及確定每個(gè)架修作業(yè)在作業(yè)時(shí)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(gè)作業(yè)i 和j 之間是否需要同一時(shí)間使用同一種設(shè)備，即檢測(cè)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(cè)后的結(jié)果顯示其作業(yè)數(shù)據(jù)集Z≠φ，則說(shuō)明存在沖突，需進(jìn)一步引入拓?fù)渑判颍═S）算法進(jìn)行作業(yè)資源和時(shí)間的序列調(diào)整，調(diào)整后仍需按上述過(guò)程進(jìn)行沖突檢測(cè)，直至作業(yè)i 和作業(yè)j 之間滿足檢測(cè)條件，以實(shí)現(xiàn)整體架修列計(jì)劃自動(dòng)排程的完備高效性。

4 應(yīng)用效果

通過(guò)該車輛架修列計(jì)劃自動(dòng)排程算法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，利用信息化手段自動(dòng)生成車輛架修列計(jì)劃排程方案，實(shí)現(xiàn)列計(jì)劃排程工作的高效性、準(zhǔn)確性。相比于傳統(tǒng)的架修列計(jì)劃編制方式，應(yīng)用效果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 應(yīng)用對(duì)比

該設(shè)計(jì)應(yīng)用后，車輛架修列計(jì)劃自動(dòng)排程的精度更高，不僅可以最大程度地避免排程沖突和錯(cuò)誤，還大大減少人力資源的浪費(fèi)，節(jié)省人力成本，間接實(shí)現(xiàn)“降本增效”的企業(yè)優(yōu)化目標(biāo)。因此，針對(duì)該算法的應(yīng)用效果及價(jià)值非常顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于先進(jìn)的模型算法，針對(duì)合肥軌道架修列計(jì)劃排程設(shè)計(jì)出完備高效的自動(dòng)排程算法，實(shí)現(xiàn)架修列計(jì)劃的自動(dòng)排程和沖突檢測(cè)，從而提高架修列計(jì)劃的編制效率和工作質(zhì)量，減少人為因素對(duì)計(jì)劃編制的影響，降低人力成本。針對(duì)合肥軌道架修列計(jì)劃編制的具體情況，給出詳細(xì)的算法模型設(shè)計(jì)思路及實(shí)施步驟，包括模型建立、算法設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，證明該列計(jì)劃自動(dòng)排程算法的有效性和可行性，具有很強(qiáng)的借鑒和應(yīng)用價(jià)值。