基于AnyLogic的动车组检修流程仿真研究

齐延荣 赵红涛 王和强 姜帅民 朱俊龙

关键词：AnyLogic；动车组；检修流程；仿真模型；检修能力；检修计划表

0 引言

近年来，随着中国铁路的飞速发展，高铁动车在我国运输行业中的地位日益显著[1]。然而，动车组的日常运行过程中会受到各种环境因素的干扰，这些干扰可能会导致动车组的性能下降、安全性降低，甚至埋下安全隐患[2-4]。因此，对动车组进行精细化的检修策略显得尤为重要。为了实现这一目标，我国铁路各动车段正在积极构建一体化的动车组检修体系，旨在通过协同合作的方式提高检修效率和精度。在此背景下，以郑州东动车所为例，本文运用AnyLogic仿真软件构建了一个动车组检修流程仿真模型。该模型以实际的站线布局为基础进行仿真模拟研究，通过接入检修计划表，真实地模拟动车组的检修过程。本文研究旨在发现现有系统存在的问题，并提出相应的改进措施，为现场实际工作提供有力的辅助决策支持。

1 研究方法

1.1 仿真选择

在仿真软件领域，AnyLogic、Legion、STEPS和Sim?Walk 是国内外知名的几款工具。其中，Legion 和STEPS主要采用元胞自动机模型进行建模，这种模型在处理具有离散特征的系统时具有显著优势。另一方面，AnyLogic和SimWalk则是使用社会力学模型，该模型能够更好地模拟人类行为和社会交互。

然而，在这几类建模工具中，AnyLogic不仅支持二次开发，使得用户可以根据自身需求进行定制和扩展，而且还能实现人-车混合仿真。这种混合仿真的特点使得AnyLogic在处理涉及人类和车辆交互的复杂系统中具有显著优势[5]。此外，AnyLogic还提供了2D和3D界面之间的自由切换功能，使用户可以更加便捷地进行实时仿真并掌握仿真情况。

1.2 研究对象

2014年7月1日，全国铁路新运行图开始实施，所有经过郑州东站的动车组逢车必停。郑州动车段的前身是郑州车辆段，于2014年7月22日正式成立。在郑州动车段成立之后，组建了新的设备车间、质检车间、乘务车间，担负起全段检修工作、安全监测及各类设备的巡检及保养维修工作。动车組在郑州的“保健所”有两个，分别是郑州东动车所和郑州南动车所，本文以郑州东动车所为研究对象，构建动车组一级修检修作业流程仿真模型。

1.3 研究对象参数确定

仿真软件中将列车定义为智能体并设置相应参数，例如洗车作业时间、检修作业时间、存车时间等。仿真模拟开始后，各智能体根据检修计划表中列车进出站时刻表出入段。列车按照仿真流程中所配置的逻辑移动，仿真模型中每个列车都具有各自状态和属性的主体[6-7]。通过分析某日郑州东所白班、夜班作业计划表，站段调研一级修作业流程，与一线职工沟通，确定洗车作业时间为30min，检修作业时间为120min。

2 仿真模型构建

2.1 一级修作业流程

一级修作业流程开始前，地勤机械师需要准备作业计划、领取并检查作业工具等，以确保作业的顺利进行。完成准备工作后，地勤机械师将进行入库交接作业，主要包括与同事交接工作及确认工作责任等。完成入库交接后，地勤机械师将进行一级修作业的起始操作，包括插设安全号志等。

作业开始后，地勤机械师首先进行断电降弓操作，以确保作业区域的安全。无电作业前需确认接触网已断电、接地杆已挂、动车组已放电，确认完毕后开始无电作业（车顶设备检修、车务车载设备检修、车内保洁作业、车外保洁作业、吸污上水作业），这一步操作大约需要15分钟，根据作业计划判断是否进行吸污作业。无电作业完成后，地勤机械师会申请接触网供电并确认供电安全，以便进行有电作业。有电作业包括多个步骤，如检查设备状况、进行必要的维修等，这一步约需要1小时完成。

有电作业结束后，地勤机械师会再次进行断电降工操作，移除安全号志，并填写检修台账。这些步骤完成后，一级修作业流程才算结束。整个流程如图1 所示。

2.2 站场构建

由于本文研究内容只涉及动车组进入动车段后的一级修检修作业流程，对仿真模型做如下假设：动车组出入段时间确定，作业内容基本相同。根据前期调研，利用AnyLogic轨道库中空间标记面板绘制郑州东动车所检修场站场图，并标记关键位置及道岔，如图2所示。站场图分为检修库区、到发场、动车线三部分。一级修检修作业结束后，动车所质检员根据生产计划，在检修库内组织联检。动车线连接郑州东站，所有出入段的动车组均需经过此处。

2.3 仿真流程模拟

本文利用AnyLogic建模库的轨道库和流程建模库，构建了动车组检修的逻辑模型[8]。该模型涵盖了一级修检修作业流程的模拟，并进行了具体的细节处理，动车组检修逻辑如图3所示。动车组入段后，根据各股道的占用情况，采取不同的作业流程。首先判断洗车股道是否空置，如果空置并且入段动车组需要进行清洗、吸污等操作，则优先进行洗车作业；否则，查看检修区股道是否有空置，如果有未占用的检修股道，则进行检修作业。如果检修区被占满，列车会暂时进入存车区域等待，直到检修区、洗车区有空闲股道时再进入相应股道进行作业。完成全部作业后，动车组会进入存车区域的某股道存放，到达出段时间后开始出段作业。通过模拟和分析动车组检修逻辑，本文可以更好地理解和优化动车组的检修流程。

3 仿真实验

依据郑州东动车所提供的检修计划作业信息表，仿真模拟检修作业流程，检修计划表所含信息如表1 所示。

其中车次代表动车组的编号，入场时间表示动车组进入检修场站时间，车厢数表示组成列车的车厢数量（包括车头），洗车作业表示洗车作业时间，单位为分钟；检修作业表示一级修作业总时间，包括无电作业、有电作业等，出所时间表示动车组出检测场站的时间。仿真结果如图4所示。图中包含仿真过程中的实时数据，如检修数量、存车数量、列车总数等。

仿真程序执行完毕，将输出仿真模拟的一级修作业计划表，如表2所示，可对比模拟检修计划表与所提供的检修计划表间差异，分析计划合理性，也为检修计划编制提供理论依据。

其中洗车股道表示动车组进行洗车作业所在的股道；存车股道表示动车组前往检修场站前等待的股道；存车时间表示在存车股道等待的时间；检修股道表示动车组进行一级修作业的股道；等待股道表示动车组等待出站时所在的股道，等待时间表示在等待股道停止的时间。

4 结论

本文利用AnyLogic仿真软件，详细构建了动车组检修作业流程，通过对各检修参数的确定，使得仿真模型更接近真实场景，输出的仿真结果具有可分析性。本文成功地模拟了一级修检修作业流程，并输出了所模拟的一级修作业计划表。这些结果为检修计划的制定提供了理论依据，有助于提高检修工作的效率和准确性。

虽然目前对于动车组检修工作的研究已经很多[9-10]，但本文的研究着重关注了检修细节方面的问题。在后续研究中，将深入探讨动车组检修细节方面的诸多问题，如检修过程中的故障诊断、部件更换的策略优化、人力和资源的合理分配等。本文期望通过这些研究，能够为动车组检修工作提供更加科学和有效的解决方案。