Формування моделі технологічного процесу підсистеми місцевої роботи сортувальної станції із застосуванням математичного апарату кольорових мереж Петрі

Abstract

UA: У статті розглянуто формування моделі технологічного процесу підсистеми місцевої роботи сортувальної станції з використанням математичного апарату кольорових мереж Петрі (CPN Tools). Основну увагу приділено оцінюванню ефективності цього підходу для моделювання складних динамічних процесів, характерних для роботи залізничних станцій. Кольорові мережі Петрі дають змогу не лише диференціювати об'єкти різних типів за допомогою кольорових фішок, а й моделювати часові аспекти процесів із використанням різних статистичних розподілів, зокрема експоненційного, нормального та розподілу Ерланга. Це підвищує гнучкість і точність моделі. Результати моделювання показують, що середня довжина черги вагонів, які очікують на подавання, залежить не лише від середнього часу виконання операцій маневровим локомотивом, але і дисперсії цього часу. Очікуваним є те, що збільшення середнього часу операцій веде до зростання черги. Однак менш очевидним є вплив дисперсії: підвищена волатильність порушує ритмічність процесу, створює «вузькі позиції» і спричиняє накопичення затримок у системі. Цей висновок свідчить про те, що нестабільність у тривалості операцій може мати значно негативний вплив, ніж навіть нестача маневрових потужностей. Урахування цього чинника є критично важливим для ефективного планування роботи технічних залізничних станцій. Крім того, отримані результати підкреслюють, що не лише оперативне планування, а й точність реалізації операцій на практиці відіграють вирішальну роль у продуктивності системи. Важливо, що подібний аналіз був би складним без використання кольорових мереж Петрі, які дають змогу моделювати складні взаємодії між різними типами об’єктів (локомотивами, вагонами, коліями) і враховувати часові характеристики процесів. Це підтверджує ефективність CPN Tools як потужного інструменту для аналізу та оптимізації технологічних процесів у залізничних системах.

EN: The article examines the formation of a technological process model for the local operations subsystem of a marshalling yard using the mathematical apparatus of Coloured Petri Nets (CPN Tools). The primary focus is on evaluating the effectiveness of this approach in modeling complex dynamic processes characteristic of railway station operations. Coloured Petri Nets not only allow differentiation of objects of various types using coloured tokens but also enable the modeling of temporal aspects of processes through different statistical distributions, including exponential, normal, and Erlang distributions. This enhances the flexibility and accuracy of the model. Simulation results indicate that the average queue length of wagons awaiting dispatch depends not only on the mean duration of shunting locomotive operations but also on the variance of this duration. While it is expected that an increase in the mean operation time leads to longer queues, the impact of variance is less obvious. Increased volatility disrupts the rhythmicity of the process, creates bottlenecks, and causes the accumulation of delays in the system. This finding suggests that instability in operation durations can have a significantly more negative impact than even a lack of shunting capacity. Considering this factor is critically important for effective planning of railway yard operations. Moreover, the results highlight that not only operational planning but also the precise execution of operations in practice plays a decisive role in system performance. Notably, such an analysis would be challenging without the use of Coloured Petri Nets, which enable the modeling of complex interactions between different types of objects (locomotives, wagons, tracks) while accounting for the temporal characteristics of processes. This confirms the effectiveness of CPN Tools as a powerful instrument for analyzing and optimizing technological processes in railway systems.