[논문 리뷰] Mathematical Model of Optimal Empty Rail Car Distribution at Railway Transport Nodes

Aleksandr Rakhmangulov, A.D. Kolga외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 10.

Transport and Logistics Innovations참고 문헌 4인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 철도 운송 노드에서 빈 레일카의 분배를 최적화하기 위한 혼합정수선형계획법(MILP) 모델을 제안한다. 이 모델은 레일카 소유주, 역 용량, 계획된 열차 운행과 같은 제약 조건을 통합한다. OJSC '마그니토고르스크 철도제철소'에 구현된 결과, 디스패처의 계획 수립 시간과 빈 레일카의 총 체류 시간이 감소하여, 운영 및 소유권 요구사항을 고려하면서도 적절한 적재 지점에 빈 차량을 효율적으로 할당하였다.

ABSTRACT

At present there are two trends in the market of rail freight transportation in Russia: freight owners put forward higher demands to the transportation quality (promptness of delivery) in an effort to reduce storage costs by means of reducing the size of freight shipment; the structure of railcar traffic volume of the railways of Russia is getting more complex due to the reduction of the average shipment size and due to the transfer of railcar fleet ownership to a large number of operating companies. These trends significantly complicate operational management supervision of railway stations and transport nodes. Application of typical data from the information system about the railcar location at the transportation node is not enough for the dispatchers to make the best decision concerning the car traffic management. The article is concerned with the description and development of the mathematical model of empty railcar distribution for loading at the railway transport node; this model will take into account the requirements of railcar owners in terms of their cars application, the operating work level of railroad stations of the transportation node and the possibility of adding the groups of empty railcars to the transfer trains, clean-up trains and industrial railway trains operating on a tight schedule. The developed model and the software package were implemented in the information system of the industrial railway of the major metallurgical enterprise - OJSC "Magnitogorsk Metallurgical Works", which processes up to two thousand of railcars belonging to different owners. This model made it possible to reduce the labour intensity of dispatcher operation planning the empty railcar distribution for loading and reduce the total time the railcars spend in the enterprise railway system.

연구 동기 및 목표

• 작은 운송 물량과 분산된 레일카 소유권으로 인해 증가하는 철도 화물 운행의 복잡성에 대응하기 위해.
• 기본적인 위치 데이터를 넘어서 운영 및 소유권 제약 조건을 포함시켜 디스패처의 의사결정을 향상시키기 위해.
• 계획된 열차 운행과 역의 작업 부담을 고려한 최적의 빈 레일카 분배를 지원하는 수학적 모델을 개발하기 위해.
• 기업 내 철도 시스템에서 빈 레일카가 머무는 시간과 노동 강도를 줄이기 위해.

제안 방법

• 운송 노드에서 빈 레일카 할당을 최적화하기 위해 혼합정수선형계획법(MILP) 모델을 수립한다.
• 레일카 소유주가 제시하는 차량 사용 및 소유권 권리와 관련된 제약 조건을 통합한다.
• 역의 운영 용량과 작업 수준을 모델링하여 디스패치 자원의 과부하를 방지한다.
• 빈 레일카 그룹을 계획된 이송, 정비, 산업 열차에 통합할 수 있는 가능성을 통합한다.
• 주요 철도제철소의 정보 시스템 내에서 모델을 구현하기 위해 소프트웨어 패키지를 사용한다.
• OJSC '마그니토고르스크 철도제철소'의 실제 데이터를 사용하여 모델을 검증하였으며, 최대 2,000량의 레일카를 다양한 소유주로부터 처리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 레일카 소유주와 계획된 열차 운행으로 인한 복잡한 제약 조건 하에서 빈 레일카 분배를 어떻게 최적화할 수 있는가?
• RQ2 역 용량과 운영 작업 부담을 고려하면서도 효율적인 빈 레일카 할당을 가능하게 하는 수학적 수식은 무엇인가?
• RQ3 중앙집중식 최적화 모델은 산업 철도 네트워크에서 디스패처의 계획 수립 노력과 레일카 체류 시간을 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ4 이송, 정비, 산업 열차와 같은 계획된 열차 운행을 통합함으로써 빈 차량 분배의 효율성은 어떻게 향상되는가?
• RQ5 실제 산업 철도 시스템에서 모델 기반 접근 방식이 전통적인 디스패칭 방법에 비해 시간 및 노동 효율성 측면에서 뛰어나다고 할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 철도제철소에서 빈 레일카 분배 계획의 디스패처 작업에 대한 노동 강도를 성공적으로 감소시켰다.
• 모델 구현 후 기업 내 철도 시스템에 머무는 빈 레일카의 총 시간이 크게 감소하였다.
• 모델은 계획된 열차(이송, 정비, 산업 열차 포함)와의 빈 레일카 그룹 간 효율적인 조율을 가능케 하였다.
• 모델 기반 소프트웨어 패키지가 OJSC '마그니토고르스크 철도제철소'의 기존 정보 시스템에 통합되었다.
• 모델은 다양한 소유주로부터 최대 2,000량의 레일카를 처리하여 복잡한 다중 소유주 환경에서의 확장성을 입증하였다.
• 해결책은 소유권 규칙과 엄격한 일정 제약 조건을 동시에 고려함으로써 운영 효율성을 향상시켰다.