优化铁路维修操作的模型：道岔/开关

作     者：AFOLABI OLUFISAYO MERCY 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何世伟

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：道岔 维修类型 维修频率 数学模型 预防性维护 

摘      要：维修在铁路系统中具有至关重要的作用。铁路基础设施的建设涉及大量投资,因此需要保持其可靠性,可用性和可持续性,以尽可能防止意外或中断发生是非常重要的。本文以尼日利亚铁路线路为例,建立了以最小化维修作业费用的数学规划模型,以提供有效的运营服务。本文针对铁路系统中较脆弱的部分,即“道岔/控制开关。道岔包括基础设施(轨道),控制开关(S&C),它们都需要持续监测和维护。S&C部件导致的任何故障通常会导致列车延误、取消,甚至脱轨和可能导致乘客死亡或受伤的事故。因此,需要增加检查、测试和维护,以确保这些部件处于良好状态。然而,已有研究指出,道岔在更换之时还没有达到最大寿命,导致了许多资金的浪费。过度维护,即在没有必要时进行维护操作。这都给铁路维护预算带来了巨大的维护成本。因此,本文研究的目的是防止过度维修情况发生,并实际运用到尼日利亚新的标准规范线上。文献综述部分给出了道岔预防性维修和维修管理的热点综述。还需要说明的是,基础设施管理部门将维护视为一种优化的投资机会,而不是将成本降至最低。研究人员需要针对实际情况建立更有效的维修方法。因此,本研究建立了的数学模型MOM来优化预防性维修作业和道岔维护。MOM属于整数线性规划问题(ILP),可采用IBM ILOG CPLEX Optimization Studio求解。模型优化使得具有相同作业的维修活动在同一时间段之内完成,从而减少在道岔/控制开关上所需作业的次数。人力和物流成本的降低,反过来又促使维护这些道岔所产生的总成本的降低,并且不会违反制造商/设备手册指南和铁路运行标准所规定的铁路安全和标准。本文模型基于尼日利亚铁路公司的实际维护系统,以此作为案例研究进行测试,一些丢失的数据通过随机生成。测试结果表明,模型可在合理的计算时间内求解得到满意的解决方案。最后对模型的结果进行灵敏度分析,并基于对中国铁路维护实践的结果和认知,为如何在尼日利亚铁路线上改进道岔/开关维护系统提供建议,以便最小化总维护成本/降低生命周期成本和提高组件的使用寿命。论文的研究结论为铁路基础设施管理人员提供了相关借鉴意义,以规范他们的维护操作,因为优化研究要求降低预防性维护的总成本,同时确保组件的有效性和延长的预期寿命。最后,MOM是一个灵活性的模型框架,管理层能够根据自己的特定条件和需求,在具有类似情况的道岔/控制开关上实现运用。