Application of queuing theory and Petri nets in the analysis of traction rolling stock maintenance parameters by mathematical modeling

Authors

  • Igor’ Igorevich Lakin Railway Engineering Center
  • Victor Vasil'evich Semchenko JSC «Road Center for the implementation of the Krasnoyarsk Railway»

Keywords:

mathematical modeling, queuing theory, Petri nets, maintenance of traction rolling stock

Abstract

Modern traction rolling stock requires an up-to-date system of maintenance and repair, the creation of which requires optimization of its parameters according to the Taguchi diagram. Therefore the importance of the task makes the topic of the article relevant i.e. the development of a simulation mathematical model of operation and maintenance for the purpose of factor analysis and selection of parameters of the trains’ life cycle maintenance system. The maintenance process under the depot conditions involves the use of a limited number of repair positions for both planned mileage repair and unplanned repairs of rolling stock, which corresponds to the topic of the queuing theory. The "Petri net" model is most suitable for this task, when each subsequent state of the model is determined by the previous discrete state and the task for modeling: the size of the polygon, the turnaround time, the number of train pairs per day, the repairs frequency, as well as stochastic processes of failure occurrence and random train delay time after failures and service delay. According to the canons of queuing theory and Petri nets, a program has been developed in the Visual Basic algorithmic language for Applications in the MS Excel environment. The article describes the algorithm of the program. In the program, sequentially for a given number of modeling days for each hour of the day, the need for each of the free trains to be repaired is determined; in the absence of free repair positions the train is queued. Free trains are tied to trains departing at the current hour. During the trip, failures are simulated with a given intensity, which is considered constant. The article provides examples of simulation results in relation to promising high-speed electric trains.

Author Biographies

Igor’ Igorevich Lakin, Railway Engineering Center

Ph.D. in Engineering Science, Leading expert of the Control, Diagnostic, Safety and Radio Communication Systems Integration Group

Victor Vasil'evich Semchenko, JSC «Road Center for the implementation of the Krasnoyarsk Railway»

Ph.D. in Engineering Science, General Director

References

ГОСТ 18322-2016. Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения. Введ. 2017–09–01. М. : Стандартинформ, 2017. 16 с.

Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава / В.А. Гапанович, В.Е. Андреев, Митрохин Ю.В. и др. М. : ИРИС-ГРУПП, 2012, 575 с.

Когда и как заключать контракт жизненного цикла: новые случаи применения с 2022 года // Госконтракт : сайт. URL : https://goscontract.info/kontrakt/izuchaem-kontrakty-zhiznennogo-tsikla (Дата обращения: 23.10.2023).

ГОСТ Р 27.102-2021. Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения. Введ. 2022–01–01. М. : Российский институт стандартизации, 2021. 40 с.

Семёнов А.П. Модель управления жизненным циклом локомотивов с использованием современных методов технического диагностирования : дис. … д-ра техн. наук. М., 2021. 379 с.

Пустовой И.В. Разработка информационно-динамической модели управления сервисным техническим обслуживанием и ремонтом локомотивов : дис. … канд. техн. наук. Омск, 2018. 181 с.

Грачев В.В. Научные основы применения методов интеллектуального анализа данных для контроля технического состояния локомотивов : дис. … д-ра техн. наук. СПб, 2019. 434 с.

Лакин И.И. Мониторинг технического состояния локомотивов по данным бортовых аппаратно-программных комплексов : дис. … канд. техн. наук. М., 2016. 195 с.

Аболмасов А.А. Управление техническим состоянием тягового подвижного состава в условиях сервисного обслуживания : дис. … канд. техн. наук. М., 2017. 180 с.

Хромов И.Ю. Анализ влияния режимов эксплуатации на техническое состояние локомотивов : дис. … канд. техн. наук. М., 2021. 187 с.

Мельников В.А. Совершенствование методов диагностирования тепловозов 2ТЭ116У с применением данных бортовых систем управления : дис. … канд. техн. наук. М., 2022. 210 с.

Свидетельство № 2023663017. Модель технического обслуживания и ремонта скоростных электропоездов с использованием данных бортовых систем диагностики / И.И. Лакин. № 2023660448 : заявл. 23.05.2023 ; опубл. 19.06.2023.

Мониторинг технического состояния и режимов эксплуатации локомотивов. Теория и практика / К.В. Липа, А.А. Белинский, В.Н. Пустовой и др. М. : Локомотивные Технологии, 2015. 212 с.

Методы Тагути // Центр Креативных Технологий : сайт. URL : https://www.inventech.ru/pub/methods/metod-0030/ (Дата обращения 23.10.2023).

Горский А.В., Воробьёв А.А. Надежность электроподвижного состава. М. : Маршрут, 2005. 303 с.

Семченко В.В., Мальцев Е.А., Раздобаров А.В. Опыт внедрения системы мониторинга технического состояния и режимов работы электровозов // Эксплуатация и обслуживание электронного и микропроцессорного оборудования тягового подвижного состава : труды Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Красноярск, 2020. C. 327–332.

Уокенбах Д. Excel 2010: профессиональное программирование на VBA. М., СПб., Киев : Диалектика, 2012. 944 с.

Плескунов М.А. Теория массового обслуживания. Екатеринбург : УрФУ, 2022. 264 с.

Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. М. : Мир, 1984. 264 с.

Дороги на высоких скоростях // Ведомости. Промышленность : сайт. URL : https://www.vedomosti.ru/industry/ infrastructure_development /articles/ 2023/11/29/1008492-dorogi-na-visokih-skorostyah (Дата обращения 23.10.2023).

Published

2023-12-29

How to Cite

Лакин, И. И., & Семченко, В. В. (2023). Application of queuing theory and Petri nets in the analysis of traction rolling stock maintenance parameters by mathematical modeling. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (4(80), 65-77. Retrieved from https://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/1475