شماره ركورد
24783
شماره راهنما
MAN3 198
عنوان
ارائه يك مدل جامع براي مديريت نگهداري و تعميرات خطوط ريلي بالاستي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مديريت صنعتي- تحقيق در عمليات
دانشكده
علوم اداري و اقتصاد
تاريخ دفاع
1404/04/25
صفحه شمار
105 ص.
استاد راهنما
مهسا قندهاري
استاد مشاور
سيد مهدي ابطحي , كامران كيانفر
كليدواژه فارسي
مدلسازي رياضي , برنامهريزي , خطوط ريلي , نگهداري و تعميرات پيشگيرانه , نگهداري و تعميرات مبتني بر وضعيت , الگوريتم ژنتيك تركيبي
چكيده فارسي
خطوط ريلي به عنوان يكي از اجزاي حياتي و پرهزينه زيرساختهاي راهآهن، نيازمند مديريت دقيق و كارآمد عمليات نگهداري هستند تا قابليت اطمينان و دسترسپذيري شبكه تضمين شود. اين پژوهش به توسعه يك مدل رياضي جامع براي برنامهريزي عمليات نگهداري و تعميرات پيشگيرانه و مبتني بر وضعيت خطوط ريلي پرداخته است. هدف اين مدل، كمينهسازي مجموع هزينههاي اجراي عمليات پيشگيرانه، هزينههاي مسدودي خطوط و هزينههاي اصلاح خرابيهاي تصادفي در طول دوره برنامهريزي است. اين هدف با رعايت محدوديتهاي بودجه، منابع موجود، حدود مجاز شاخصهاي كيفيت خط، حداقل قابليت اطمينان و دسترسپذيري مطلوب محقق شده است.
براي دستيابي به اين هدف، شبكه ريلي به قطعاتي با طول ثابت تقسيم شد. شاخصهاي كيفيت خطوط شامل انحراف استاندارد پروفيل طولي خط، آلودگي بالاست، عمق ترك خستگي تاج ريل و سايش جانبي ريل براي هر قطعه محاسبه شدند. اين شاخصها با استفاده از مدلهاي پيشبيني زوال و بازيابي كيفيت، كه به نوع عمليات انجامشده در هر دوره وابستهاند، در طول دوره برنامهريزي پايش ميشوند. رعايت حدود مجاز اين شاخصها، مبناي تخصيص عمليات پيشگيرانه قرار گرفته است. عمليات پيشگيرانه شامل بازرسي و نگهداري و تعميرات معمولي، زيركوبي بالاست، دمش سنگ، سرند بالاست، سنگزني ريل و تعويض ريل تعريف شدهاند. متوسط تعداد خرابيهاي تصادفي در هر دوره با توزيع پواسون ناهمگن براي شكست جوش ريلها برآورد شد كه اجراي عمليات پيشگيرانه اثري كاهنده بر آن دارد.
با توجه به پيچيدگي و غيرخطي بودن مدل رياضي، يك الگوريتم تركيبي مبتني بر الگوريتم ژنتيك در نرمافزار MATLAB توسعه داده شد كه از يك روش ابتكاري براي توليد جوابهاي اوليه و استفاده در عملگرهاي الگوريتم ژنتيك بهره ميبرد. براي ارزيابي عملكرد اين الگوريتم، نتايج آن با دو روش مقايسه شد: نخست، حل مستقيم مدل غيرخطي در نرمافزار GAMS؛ و دوم، حل مدل سادهشده MIP با تقريب توزيع پواسون همگن در GAMS، كه تخصيص حاصل از آن براي محاسبه تابع هدف مدل اصلي استفاده شد. مدل MIP بهعنوان حد پايين مدل MINLP عمل كرده و در مطالعه موردي براي ارزيابي دقت اين الگوريتم استفاده شد. دادههاي يك كيلومتر از راهآهن ناحيه اراك بهعنوان مطالعه موردي مدلسازي شد. نتايج نشان داد تابع هدف الگوريتم بهطور ميانگين 3.3 درصد از حد پايين بزرگتر است، كه بيانگر دقت بالاي آن در دستيابي به جوابهاي نزديك به بهينه است. در مسائل كوچك (مثلاً 5 قطعه)، تابع هدف الگوريتم با حل مستقيم GAMS برابر بود، اما در مسائل بزرگ (10 قطعه و 10 دوره)، حل مستقيم تا 63.4 درصد تابع هدف بيشتري داشت. تابع هدف محاسبهشده با تخصيص MIP در بدترين حالت 5.0 درصد بيشتر از الگوريتم بود. از نظر زمان محاسباتي، اين الگوريتم در بزرگترين مسئله در 103 ثانيه به جواب رسيد، در حالي كه حل مستقيم در GAMS و مدل MIP بهترتيب 235 و 7204 ثانيه زمان نياز داشتند.
مدل پيشنهادي امكان برنامهريزي عمليات نگهداري پيشگيرانه را با در نظر گرفتن وضعيت شاخصهاي كيفيت، الزامات قابليت اطمينان و دسترسپذيري، و تأثير كاهنده اين عمليات بر خرابيهاي تصادفي فراهم ميكند. انعطافپذيري مدل در تطبيق با شرايط ناهمگون زوال خطوط، مانند ساختار خط، ترافيك عبوري، عوامل محيطي، و تاريخچه نگهداري، امكان اجراي سياستهاي متنوع پيشگيرانه يا اصلاحي و هماهنگي با برنامههاي نگهداري ماشينآلات را ميسر ميسازد. الگوريتم حل پيشنهادي نيز توانايي حل كارآمد مدل را در ابعاد مختلف با زمان محاسباتي مناسب تضمين ميكند و ابزاري مؤثر براي بهينهسازي مديريت نگهداري خطوط ريلي است.
كليدواژه لاتين
Mathematical Modelling , Planning , Railway Track , Preventive Maintenance , Condition-based Maintenance , Hybrid Genetic Algorithm (HGA)
عنوان لاتين
A Comprehensive Model for Track Maintenance Management of Ballasted Railways
گروه آموزشي
مديريت
چكيده لاتين
Railway tracks, as one of the critical and costly components of railway infrastructure, require precise and efficient management of maintenance and repair operations to ensure system reliability and network availability. This study develops a comprehensive mathematical model for planning of preventive and condition-based maintenance operations for railway tracks. The objective of the model is to minimize the total costs associated with maintenance and repair activities, track possession costs, and the correction of random failures over the planning horizon, while adhering to constraints such as budget, available resources, allowable limits of track quality indices, minimum system reliability and network availability.
To achieve this goal, the railway network is divided into segments, and quality indices, including the standard deviation of the longitudinal level, ballast fouling index, head check crack depth of rails, and lateral rail wear, are calculated for each segment. These indices are monitored throughout the planning period using prediction and recovery models, which depend on the type of maintenance performed in each period. Compliance with the allowable limits of these indices serves as the basis for planning of preventive maintenance. Preventive operations encompass routine maintenance and inspections, tamping, stone blowing, ballast screening, rail grinding, and rail replacement. Additionally, the expected number of random failures per period is estimated using a non-homogeneous Poisson distribution for rail weld failures, with preventive maintenance operations having a mitigating effect on their occurrence.
Given the complexity and nonlinearity of the mathematical model, a hybrid genetic algorithm was developed in MATLAB, utilizing a heuristic method to generate initial solutions and enhance the algorithm’s operators. To evaluate the efficiency of this algorithm, its results were compared with two alternative approaches: first, the direct solution of the nonlinear model in GAMS; and second, the solution of a simplified mixed-integer programming (MIP) model with a homogeneous Poisson approximation in GAMS, followed by the use of its allocation to compute the objective function of the original model. As a case study, data from one kilometer of the Arak railway region were collected and modeled. The results demonstrated that the proposed algorithm consistently yielded lower objective function values compared to the other methods. For small-scale problems, the objective function value of the proposed algorithm matched that of the direct solution in GAMS, but for larger problems, the direct solution’s objective function was up to 63.4% higher than that of the proposed algorithm. Furthermore, the allocation derived from the MIP model produced an objective function value up to 5% higher than the proposed algorithm in the worst case. In terms of computational time, for the largest problem dimension examined in the case study, the proposed algorithm converged in 103 seconds, while the direct solution of the nonlinear model in GAMS required 235 seconds, and the MIP model solution in GAMS took 7204 seconds.
The proposed model enables the planning of preventive maintenance operations by considering track quality indices, reliability and availability requirements, and the mitigating effect of these operations on random failures. The model’s adaptability to section-to-section variation, due to the variability in track structure, traffic, environment, maintenance history, etc. provides significant flexibility in implementing diverse maintenance policies and aligning with the maintenance and repair schedules of required machinery. The proposed algorithm ensures efficient resolution of the model across various problem dimensions with reasonable computational times, making it a robust tool for optimizing railway track maintenance management.
سازمان طرف قرارداد
شركت فولاد مباركه اصفهان
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
137415
نويسنده