Het rangeren van treinen in de nacht

(1)

Het rangeren van treinen

in de nacht

Afstudeerscriptie

Auteur: Jan Banninga

Datum: Augustus 2007

Universiteit: Rijksuniversiteit Groningen

Faculteit: Faculteit der Economische Wetenschappen

Vakgroep: Econometrie, traject Operationele Research

Studentnummer: S884154

Scriptiebegeleider: Prof. Dr. G. Sierksma

Opdrachtgever: RuGRintel-onderzoeksteam

Faculteit Bedrijfskunde, Rijksuniversiteit Groningen Stagebegeleider: Dr. J.Riezebos

(2)

(3)

Voorwoord

Deze scriptie is geschreven als afstudeeropdracht voor de opleiding Econometrie aan de Rijksuniversiteit van Groningen (RuG). De afstudeeropdracht is onderdeel van het RuGRintel-project. Dit project is een samenwerking van de RuG en de Nederlandse Spoorwegen (NS) en heeft ten doel software-ondersteuning te ontwikkelen voor planningsprocessen op een knooppunt.

Deze scriptie betreft een onderzoek naar het planningsproces van het rangeren op een knooppunt en het opzetten van software-ondersteuning voor de NS-rangeerplanners. Ik heb veel van deze opdracht geleerd en wil mijn opdrachtbegeleider Jan Riezebos bedanken voor zijn inzet en heldere kijk op het onderzoek. Tevens wil ik mijn afstudeerbegeleider van de universiteit, Gerard Sierksma, bedanken voor zijn hulp.

(4)

Samenvatting

Het Nederlandse sporennetwerk wordt elke dag intensief gebruikt. Het is daarom van belang dat het treinverkeer nauwkeurig gepland wordt. Een onderdeel van het planningsproces is de rangeerplanning op een knooppunt op operationeel niveau. Daarbij gaat het om het bepalen van opstelposities voor het materieel en een aantal processen, zoals het verplaatsen, het onderhouden en het reinigen ervan. Deze scriptie richt zich op de rangeerplanning voor een nachtovergang, wanneer het materieel niet in gebruik is en moet worden opgesteld op een knooppunt.

De doelstelling van deze scriptie is het ontwikkelen van software-ondersteuning die een rangeerplanner kan gebruiken voor het plannen van een nachtovergang.

Het eerste hoofdstuk is een inleiding op de scriptie. De Nederlandse Spoorwegen (NS) bestudeert op welke wijze een rangeerplanner ondersteund kan worden bij het uitvoeren van zijn taak. Daarvoor heeft de NS een onderzoeksproject opgesteld, genaamd Rintel. Deze scriptie is een onderdeel van RuGRintel, het onderzoeksproject dat de Rijksuniversiteit Groningen (RuG) uitvoert in het kader van Rintel.

Hoofdstuk 2 gaat in op het rangeerproces en licht de verschillende facetten van het rangeerproces toe. Deze facetten zijn het toewijzen van aankomende treinstellen aan vertrekkende treinstellen, het opstellen van treinstellen, het routeren van treinstellen, de reiniging en het onderhoud van treinstellen, het koppelen en ontkoppelen van treinstellen en het toekennen van rangeeractiviteiten aan personeel. In de nachtovergang is het uiteindelijke doel van een rangeerplanner de vertrekkende treinen in de ochtend op tijd en van de juiste sporen te laten vertrekken, zodat de ochtendspits zo soepel mogelijk verloopt.

Het derde hoofdstuk kijkt naar de huidige werkwijze van een rangeerplanner. Tevens wordt ingegaan op het RuGRintel-prototype, dat al in eerder stadium is ontwikkeld. Op basis daarvan wordt bepaald waar extra ondersteuning gewenst is. Het rangeerprobleem met reiniging wordt gedefinieerd. In dit planningsprobleem gaat het om het plannen van de treinstelverplaatsingen op een knooppunt, waarbij rekening wordt gehouden met een verplichte reiniging voor de treinstellen. Voor de software-ondersteuning zal gelden dat een rangeerplanner een selectie treinstellen kan opgeven, waarvoor een oplossing voor het rangeerprobleem met reiniging bepaald moet worden.

Het vierde hoofdstuk heeft als onderwerp het modelleren van het rangeerprobleem met reiniging. Het hoofdstuk begint met een aantal criteria voor ondersteuning. Andere studies over rangeerproblemen worden in het kort beschreven. Een ruimte-tijdnetwerk geeft de situatie op het knooppunt weer gedurende de nachtovergang. Het rangeerprobleem met reiniging zal gemodelleerd worden als een multicommodity netwerkstroommodel. De stromen in dit model worden gevormd door het opstellen en verplaatsen van treinstellen op het knooppunt.

Hoofdstuk 5 geeft de methode waarmee het model uit hoofdstuk 4 opgelost wordt. Sequentieel wordt voor de commodities een oplossing bepaald voor het rangeerprobleem met reiniging. Het multicommodity netwerkmodel wordt op deze wijze omgezet in een serie single-commodity netwerkmodellen, die veel makkelijker zijn op te lossen. Deze aanpak betekent dat wordt afgeweken van de optimale oplossing. De rekentijd wordt echter aanvaardbaar.

(5)

(6)

Inhoudsopgave

Voorwoord ... - 3 - Samenvatting ... - 4 - 1 Inleiding en doelstelling ... - 9 - 1.1 Inleiding... - 9 - 1.2 Aanleiding onderzoek ... - 9 - 1.3 Inleiding planningsprobleem ... - 10 -

1.4 Beschrijving scriptie-opdracht en scriptievragen... - 10 -

1.5 Overzicht ... - 11 -

2 Taak van een rangeerplanner ... - 12 -

2.1 Planningsproces rangeren ... - 12 -

2.2 Overzicht rangeertaak ... - 14 -

2.3 Rangeertaak gedurende de nachtovergang ... - 21 -

2.4 Toelichting op de infrastructuur... - 22 -

3 Beslissingsondersteuning ... - 26 -

3.1 Huidige werkwijze van een rangeerplanner ... - 26 -

3.1.1 Voorbeeld ... 27

-3.2 RuGRintel ... - 34 -

3.3 Afwegingen voor ondersteuning... - 35 -

3.3.1 Conclusie... 36

-4 Ondersteuning voor het plannen van een nachtovergang ... - 37 -

4.1 Voorwaarden RuGRintel ... - 37 -

4.2 Criteria voor ondersteuningssysteem ... - 37 -

4.3 Rangeerprobleem met reiniging... - 38 -

4.3.1 Afbakening... 38

-4.3.2 Voorwaarden... 39

-4.3.3 Reinigingsschema ... 40

-4.3.4 Invoer en uitvoer... 40

-4.3.5 Afwegingen voor een rangeerplan... 41

-4.4 Rangeerproblemen in de literatuur... - 41 -

4.5 Modelleren rangeerprobleem met reiniging ... - 44 -

4.5.1 Modelleren van de infrastructuur... 44

-4.5.2 Opzetten van een ruimtetijdnetwerk ... 45

-4.5.3 Toelichting op het reinigingsschema ... 54

-4.6 Een netwerkmodel voor het rangeerprobleem met reiniging ... - 54 -

4.6.1 Netwerkstroommodellen ... 55

-4.6.2 Beslissingvariabelen van het rangeermodel ... 57

-4.6.3 Parameters en functies van het rangeermodel... 58

-4.6.4 Doelstelling van het rangeerprobleem ... 58

-4.6.5 Voorwaarden van het rangeermodel ... 59

-4.6.6 Grootte van het rangeermodel ... 60

-4.7 Conclusie hoofdstuk 4 ... - 61 -

5 Oplossen rangeermodel ... - 62 -

5.1 Overwegingen netwerkmodel ... - 62 -

5.2 Heuristiek voor het oplossen van het netwerkmodel ... - 63 -

(7)

-6 Experimenten... - 69 -

6.1 Programma... - 69 -

6.2 Gegevens voor de experimenten ... - 70 -

6.3 Resultaten ... - 72 -

6.4 Analyse ... - 74 -

6.4.1 Analyse van de resultaten ... 74

-6.4.2 Analyse van het ondersteuningssysteem ... 77

-6.4.3 Analyse van de gekozen probleemaanpak... 79

-7 Conclusies en aanbevelingen ... - 80 - 7.1 Algemene conclusie ... - 80 - 7.2 Antwoorden op de scriptievragen ... - 80 - 7.3 Aanbevelingen ... - 83 - Begrippen ... - 85 - Notaties ... - 86 - Referenties... - 88 -

Bijlage A Definities en grafentheorie... - 90 -

Bijlage B Bepalen van een reinigingsschema... - 92 -

(8)

(9)

1 Inleiding en doelstelling

De trein is in Nederland een belangrijk vervoermiddel. Dagelijks gaan vele mensen met de trein naar hun werk of school. In de vroege morgen zorgt deze stroom van reizigers voor de ochtendspits en aan het eind van de middag is er sprake van de avondspits. ’s Avonds laat blijven de treinen op de stations staan, omdat er ’s nachts geen personentreinen rijden. Al het materieel wordt dan gereinigd. De volgende morgen zal het gereinigde materieel weer gebruikt worden voor de vertrekkende treinen.

1.1 Inleiding

Deze scriptie richt zich op software-ondersteuning voor de rangeertaak van de rangeerplanner op een station. In het vervolg van deze scriptie wordt een station aangeduid als knooppunt. Een rangeerplanner is verantwoordelijk voor het verblijf van het rollend materieel, dat zijn de treinstellen, op het knooppunt en de planningen van het rangeren. Bij het rangeren gaat het om het bepalen van opstelposities voor het materieel en processen, zoals verplaatsen, onderhouden en reinigen van materieel. Het uiteindelijke rangeerplan zal een overzicht geven van alle geplande rangeeractiviteiten op het knooppunt.

In deze scriptie wordt gekeken naar de taak van een rangeerplanner gedurende een

nachtovergang, de periode van de avond tot de volgende ochtend. ’s Nachts rijden er weinig treinen. Daardoor zullen veel treinen na hun laatste rit op een knooppunt opgesteld moeten worden. Vanwege het grote aanbod van treinen geldt dat de ruimte op een knooppunt gedurende de nacht schaars is voor het opstellen, dat is het parkeren, van de treinstellen.

1.2 Aanleiding onderzoek

De Nederlandse Spoorwegen (NS), die in Nederland het grootste deel van het personenvervoer over de rails verzorgt, onderkent de moeilijkheden die zich voordoen bij het plannen van treinverkeer. Het gehele sporennetwerk in Nederland bestaat ongeveer uit 3000 km spoor. Ongeveer één miljoen passagiers bereizen elke werkdag gezamenlijk meer dan 40 miljoen kilometer op dit sporennetwerk. Dit maakt het Nederlandse sporennetwerk één van de drukst bereden sporennetwerken in de wereld. Door het intensieve gebruik van het sporennetwerk en het rollend materieel is het van belang dat het plannen efficiënt gebeurt. De NS bestudeert daarom voor welke plantaken software-ondersteuning wenselijk is.

In de toekomst wil de NS de rangeerplanners op knooppunten beter ondersteunen bij de plantaken. Veel van deze plantaken worden nog met pen op papier opgesteld. Het project RuGRintel, een onderzoeksproject opgezet door de Rijksuniversiteit Groningen (RuG) in samenwerking met de NS Reizigers (NSR)1, heeft als doel software-ondersteuning te bieden aan plantaken op knooppunten. Voor een aantal plantaken is deze software-ondersteuning al ontwikkeld en samengebracht in het RuGRintel-prototype.

Deze scriptie is het verslag van een studie naar software-ondersteuning voor de taak van een rangeerplanner tijdens de nachtovergang in het kader van het RuGRintel-project. Er wordt een model ontworpen, op grond waarvan software-ondersteuning is ontwikkeld die toegevoegd kan worden aan het al bestaande RuGRintel-prototype.

1

(10)

1.3 Inleiding planningsprobleem

De hele dag door komen treinen op de perronsporen van het knooppunt aan. Passagiers kunnen in- en uitstappen. Vaak zal een trein even later het knooppunt weer verlaten voor een volgende rit. Tijdens de ochtendspits en de avondspits wordt de volledige capaciteit van het materieel gebruikt om passagiers te vervoeren. Buiten de spitsperioden is niet al het materieel in gebruik, waardoor het inactieve materieel tijdelijk op een knooppunt opgesteld wordt. Sporen waar het materieel voor langere tijd geplaatst kan worden heten opstelsporen.

Wanneer materieel niet meer wordt ingezet voor een volgende rit, zal het naar een opstelspoor verplaatst moeten worden. De volgende ochtend zal het weer ingezet worden in de ochtendspits. Gedurende de nachtovergang zal het materieel gereinigd worden op één van de sporen van het reinigingsperron. De bijbehorende verplaatsingen van en naar dit reinigingsperron moeten gepland worden.

In deze scriptie worden de afzonderlijke treinstellen als uitgangspunt genomen. Een treinstel is een groep coupés met locomotief. In dit geval kan een treinstel zich in twee richtingen bewegen. De NS maakt gebruik van verschillende typen treinstellen, materieeltypen. Een

trein is een verzameling gekoppelde treinstellen, die gezamenlijk verplaatst worden. Een trein wordt samengesteld uit één of meerdere treinstellen van eenzelfde materieeltype. In enkele gevallen kunnen treinstellen van verschillende materieeltypen toch samen één trein vormen. De samenstelling van een trein is de specificatie van treinstellen waaruit een trein bestaat. Het planningsproces op een knooppunt vormt het sluitstuk van het gehele logistieke planningsproces om het treinverkeer in goede banen te leiden. In een eerder stadium van dit proces houdt men zich ondermeer bezig met infrastructuurvraagstukken, het bepalen van de capaciteit van het materieel en het bepalen van de dienstregeling. Deze studie heeft betrekking op de rangeertaak van de rangeerplanner op operationeel niveau, waarbij hij kijkt naar de planningen voor een bepaalde dag. Hij gaat daarbij uit van de infrastructuur op een knooppunt en de geldende dienstregeling waarin het treinverkeer is vastgelegd. Op operationeel niveau houdt de rangeerplanner rekening met wijzigingen en vertragingen in het dagelijkse treinverkeer.

Bij het plannen van de nachtovergang is het van belang rangeeractiviteiten zodanig te plannen dat de treinen in de ochtend op tijd en in de juiste samenstellingen van de gewenste vertreksporen vertrekken.

1.4 Beschrijving scriptie-opdracht en scriptievragen

Het doel van deze scriptie-opdracht is het ontwikkelen van software-ondersteuning voor het plannen van een nachtovergang. De insteek daarbij is ideeën uit te werken voor mogelijke ondersteuning van een rangeerplanner. Daarom zal de software-ondersteuning nog niet gebruiksklaar hoeven te zijn voor toepassing in de praktijk.

(11)

De hoofddoelstelling van deze scriptie-opdracht wordt als volgt geformuleerd:

Het ontwikkelen van ondersteuning die een rangeerplanner in staat stelt:

- zelf een rangeerplan op te stellen voor een nachtovergang. Hierbij hoeft hij het

bestaande rangeerplan niet als uitgangspunt te nemen;

- een plan op te stellen voor een selectie treinstellen ter aanvulling op het bestaande

rangeerplan voor een nachtovergang.

De focus ligt op het vinden van een uitvoerbaar plan in een redelijke tijd. Deze tijd is in het geval van deze scriptie tien minuten.

Om de hoofddoelstelling te realiseren, is het van belang een antwoord te vinden op de volgende vragen:

1. Wat is de inhoud van de rangeertaak van een rangeerplanner op een knooppunt? 2. Wat zijn de voornaamste afwegingen bij het maken van een rangeerplan? 3. Op welke punten heeft de rangeerplanner behoefte aan ondersteuning?

4. Welk wiskundig model kan als uitgangspunt dienen voor deze ondersteuning? 5. Hoe kan het wiskundige model het beste opgelost worden?

6. Hoe kan de gegenereerde oplossing beoordeeld worden?

1.5 Overzicht

(12)

2 Taak van een rangeerplanner

Een rangeerplanner is verantwoordelijk voor de planningen voor het rangeren van treinstellen op een knooppunt. Hij doet dit vanuit een bestaand rangeerplan, dat is opgesteld voor een periode van 6 tot 8 weken. De rangeerplanner bekijkt elke dag welke aanpassingen in dit plan gemaakt moeten worden als gevolg van wijzigingen en vertragingen in het treinverkeer. Het rangeerplan is centraal aangeleverd, en de rangeerplanner is lokaal verantwoordelijk voor de planningen en het rangeren op het eigen knooppunt.

De infrastructuur van een knooppunt is daarbij begrensd door aankomst- en vertrekpunten. Deze punten zijn de uiteinden van het sporennetwerk van een knooppunt. Trein(stell)en bereiken het knooppunt via een aankomstpunt en verlaten het knooppunt via een vertrekpunt. Een aankomstpunt kan tevens dienen als vertrekpunt. De infrastructuur buiten de aankomst- en vertrekpunten is niet van belang voor deze scriptie.

Dit hoofdstuk licht toe wat de taak van een rangeerplanner inhoudt: welke informatie hij nodig heeft, welke middelen en/of informatie hij tot zijn beschikking heeft en hoe hij daaraan komt.

Bij het plannen van het treinverkeer maakt een rangeerplanner gebruik van een rangeerplan. Een rangeerplan is een lijst met treinverplaatsingen en rangeerhandelingen. In een rangeerplan is het volgende voor de treinverplaatsingen vastgelegd:

• Het treinnummer

• De aankomstplaats

• De vertrekplaats

• De vertrektijd

• De uitvoerder.

Met deze lijst als uitgangspunt kan de rangeerplanner zijn taak uitvoeren. Alvorens in paragraaf 2.2 verder in te gaan op die taak, legt paragraaf 2.1 uit hoe dit rangeerplan tot stand is gekomen.

2.1 Planningsproces rangeren

Op de afdeling Logistiek van NS Reizigers worden planningen gemaakt voor het treinverkeer, de inzet van materieel en de inzet van personeel. De afdeling Logistiek is onderverdeeld in drie onderafdelingen, Productontwerp, Jaarplan en Dagplan. Productontwerp onderzoekt de ontwikkeling van de dienstregeling en de behoefte aan personeel en materieel op de lange termijn, twee tot tien jaar vooruit. Jaarplan ontwikkelt de dienstregeling en bepaalt de inzet van personeel en de inzet van materieel voor het komende dienstregelingsjaar. Dagplan regelt de dienstregeling, de inzet van personeel en materieel op korte termijn.

Het planningsproces voor het rangeren speelt zich af op twee verschillende niveaus. Figuur 2.1 geeft een overzicht van dit planningsproces. Op centraal niveau worden op de afdeling

(13)

De rangeerplanning is verder onder te verdelen in de jaarplanning, die wordt opgesteld door Jaarplan en de dagplanning, die wordt opgesteld door Dagplan.

Centraal Plan Lokaal Plan

Figuur 2.1 Het planningsproces voor het rangeren bij NS Reizigers.

De dienstregeling van de NS is gebaseerd op een weekplan. Voor elke dag in de week wordt het treinverkeer gepland, waarbij de planning in uiteen valt in een planning voor de maandag tot en met de vrijdag en een planning voor de dagen in het weekend. Het weekplan geldt voor een periode van 6 tot 8 weken waarbij de planning dus elke week herhaald wordt. Jaarplan zorgt voor het opstellen van het weekplan en Dagplan houdt zich bezig met het aanpassen van het weekplan aan de dagelijkse omstandigheden. Jaarplan geeft de weekplannen dus door aan Dagplan voor deze aanpassingen (pijl 1 en pijl 2 in figuur 2.1).

Het treinverkeer van de NS rijdt volgens een vaste dienstregeling, die wordt opgesteld door de afdeling Centraal Plan vanuit Utrecht. Bij het bepalen van de dienstregeling is rekening gehouden met de omloop van het materieel. Dit betekent dat materieel dat op een knooppunt aankomt, het knooppunt ook weer moet verlaten. Het materieel wordt op deze manier steeds opnieuw ingezet en wordt niet verzameld op een knooppunt.

Bij het opstellen van de rangeerplanning is er communicatie over en weer tussen de afdeling Centraal Plan vanuit Utrecht en de afdeling Lokaal Plan op het knooppunt (pijl 3 en pijl 4 in figuur 2.1). Vanuit Utrecht komt het weekplan, dat als basispatroon voor een week zal gaan gelden. In dit weekplan staan de ingaande en uitgaande treinen voor het knooppunt vermeld. Lokaal wordt bepaald welke bewegingen het materieel op het knooppunt maakt. Een weekplan komt eerst als concept beschikbaar vanuit Utrecht. De planners op een knooppunt beoordelen het concept en voeren eventueel wijzigingen door.

Voor een weekplan voor het rangeren op een knooppunt moet gecontroleerd worden of [6]:

- de lengte van een trein overeenkomt met de mogelijkheden op het

knooppunt (de lengte van het perron of sectie waar de trein komt te staan moet langer zijn dan de lengte van de trein);

- de geplande rangeerbewegingen efficiënt en veilig gerealiseerd kunnen

worden (mogelijkheden infrastructuur en veiligheidsregels moeten in acht worden genomen);

- het benodigde materieel beschikbaar is voor de uitgaande treinen;

(14)

- de geplande rangeerhandelingen door het aanwezige personeel uitgevoerd kunnen worden (rangeerpersoneel en reinigingspersoneel moeten beschikbaar zijn voor het uitvoeren van een planning);

- de juiste samenstelling van de uitgaande treinen verkregen kan worden

(volgorde van treinstellen in een trein is van belang);

- er rekening is gehouden met voorkeuren, die gelden met betrekking tot

het opstellen van treinstellen;

- de rangeerplanning robuust is (de planning moet nog bruikbaar zijn bij

afwijkende omstandigheden).

Het rangeerplan voor een nachtovergang op een knooppunt is gebaseerd op de planning uit het weekplan voor die nacht. Deze planning wordt aangepast aan de dagelijkse omstandigheden. Figuur 2.2 geeft een overzicht van het rangeerproces waarin uiteindelijk de definitieve spoorbezetting en alle rangeeractiviteiten bepaald worden.

Figuur 2.2 Overzicht van de verschillende fases van het rangeerproces. Uiteindelijk wordt voor elke dag en elke nacht een planning van de treinbewegingen, de spoorbezetting en de rangeerhandelingen gegeven.

In deze scriptie wordt de rangeertaak van de dagplanner op een knooppunt op operationeel niveau beschouwd. Hij zorgt voor het definitieve rangeerplan. Zijn uitgangspunt is de planning uit het weekplan, die aangepast moet worden aan de dagelijkse omstandigheden. In het vervolg wordt verder ingegaan op de rangeertaak van de dagplanner op een knooppunt.

2.2 Overzicht rangeertaak

Een rangeerplanner houdt zich bezig met de uitvoering van het rangeerproces van aankomende naar vertrekkende treinen. Hij plant het treinverkeer en bepaalt de spoorbezetting van het knooppunt. De spoorbezetting geeft de posities die de treinen op het sporennetwerk innemen. Een spoorbezettingsgrafiek is een overzicht, waarin per spoor wordt aangegeven, wanneer het gebruikt wordt voor het opstellen of routeren van treinen. Wanneer een treinstel het knooppunt bereikt zal het naar de aangegeven positie op het knooppunt verplaatst worden. Later zal het verplaatst worden om één van de volgende redenen:

(15)

Figuur 2.3 geeft een voorbeeld van een spoorbezettingsgrafiek. Uit de grafiek is af te lezen, dat trein_1 zich van 22:00 uur tot 23:18 uur op spoor 3 bevindt. Daarna zal deze verplaatst worden naar spoor 4. Trein_2 bevindt zich van 22:31 uur tot 23:02 uur op spoor 5.

Tijd22:00 22:15 22:30 22:45 23:00 23:15 23:30 23:45 0:00 ................................................................................................ Sporen 3 4 5

Figuur 2.3 Voorbeeld van een spoorbezettingsgrafiek, waarin de sporen 3-5 worden uitgezet tegen een tijdsas.

Bij het uitvoeren van de rangeertaak zijn een aantal facetten te onderscheiden:

1. Aankomende treinstellen (treinstellen van de aankomende treinen) toewijzen aan vertrekkende treinstellen (treinstellen van de vertrekkende treinen).

2. Het opstellen van treinstellen op de sporen van het knooppunt.

3. Het routeren van treinstellen.

4. Het koppelen en ontkoppelen van treinstellen.

5. De reiniging en het onderhoud van treinstellen.

6. Het toekennen van rangeeractiviteiten aan het personeel. Er zal nu eerst afzonderlijk op deze facetten worden ingegaan.

Ad 1. Toewijzen van treinstellen.

Een trein bestaat uit één of meerdere treinstellen. De samenstelling van de treinen is bekend. De volgorde van de treinstellen is van belang, omdat treinstellen van eenzelfde trein tot verschillende materieeltypen kunnen behoren. De diversiteit in materieeltypen komt door de ontwikkeling van nieuwe typen materieel en de duurzaamheid van treinstellen. Een treinstel gaat jaren mee, waardoor oudere treinstellen niet altijd vervangen worden door treinstellen van een nieuw type. Voor de NS is het van belang het juiste materieel op een traject in te zetten om de klant zo goed mogelijk van dienst te zijn. Figuur 2.4 geeft een overzicht van de materieeltypen die in deze scriptie worden beschouwd: ZN, OC, OH, LB, RR en OA.

Materieeltype Lengte in meters Aantal coupes

ZN 53 2 OC 108 4 OH 81 3 LB 102 4 RR 53 2 OA 108 4

Figuur 2.4 Overzicht van typen treinstellen.

trein_1 trein_1

(16)

De samenstelling van een trein kan bestaan uit treinstellen van verschillende materieeltypen. De volgorde van treinstellen is van belang wanneer een trein wordt samengesteld door treinstellen van verschillende materieeltypen. Een trein kan bijvoorbeeld worden samengesteld door één treinstel van materieeltype OC en twee treinstellen van materieeltype

OH. De trein OH-OH-OC verschilt van trein OH-OC-OH. De eerste trein kan gesplitst worden in een trein OH-OH en een trein die alleen bestaat uit een OC treinstel. Voor de tweede trein is dit niet mogelijk.

In de dienstregeling van de NS zijn voor elke aankomende trein, naast de samenstelling en de volgorde, ook het aankomstspoor en het aankomstmoment vastgelegd. Elke aankomende trein heeft een eigen nummer. Voor vertrekkende treinen zijn, naast de samenstellingen en de volgordes, ook de vertreksporen en de vertrekmomenten bekend. Ook elke vertrekkende trein heeft een eigen nummer.

Het “aanbod” van treinstellen op een knooppunt wordt bepaald door de aankomende treinstellen. De “vraag” wordt bepaald door de vertrekkende treinstellen. Voor de treinstellen op een knooppunt kan nu het volgende gesteld worden:

1. Treinstellen van eenzelfde materieeltype zijn onderling uitwisselbaar. Er is geen onderscheid tussen twee treinstellen van eenzelfde materieeltype. Treinstellen van verschillende materieeltypen zijn onderling niet uitwisselbaar.

2. Wanneer een hele dag in beschouwing wordt genomen zal het aanbod van treinstellen per materieeltype op een knooppunt gelijk zijn aan de vraag naar treinstellen per materieeltype. Anders gezegd: het aantal aankomende treinstellen dient gelijk te zijn aan het aantal vertrekkende treinstellen op een dag.

De NS werkt met vaste trajecten waarop treinen rijden. Een traject is opgebouwd uit een aantal ritten. Het eerste station is het beginpunt van het traject, het laatste station het eindpunt. Een knooppunt kan als tussenstop, begin- of eindpunt van een traject dienen. Wanneer het knooppunt als tussenstop dient, zal de trein een korte stop maken op het knooppunt en daarna vertrekken naar het volgende station op het traject van deze doorgaande trein. Wanneer het knooppunt het eindpunt is van een traject zijn er drie mogelijkheden:

- de aangekomen trein zal direct in zijn geheel weer ingezet worden op een volgend traject;

- de aangekomen trein zal direct gedeeltelijk weer ingezet worden op een

volgend traject;

- de aangekomen trein zal tijdelijk niet in gebruik zijn en zal op het knooppunt opgesteld worden.

Wanneer een trein na aankomst op het knooppunt niet in zijn geheel weer wordt ingezet voor een volgende rit, zal het achterblijvende deel op het knooppunt opgesteld worden.

(17)

vertrekkende trein. Dit heeft tot gevolg dat minder treinstellen ontkoppeld en gekoppeld hoeven te worden.

Factoren, die van invloed zijn op de efficiëntie:

- aantal uit te voeren rangeerhandelingen (o.a. koppelen/ontkoppelen);

- af te leggen afstand op het knooppunt om een treinstel op zijn

vertrekpositie te krijgen;

- aantal keren dat van rijrichting veranderd wordt bij het verplaatsen van

een treinstel naar zijn vertrekpositie.

Treinstellen die tijdelijk op het knooppunt opgesteld moeten worden zijn van belang voor een rangeerplanner. Een rangeerplanner is verantwoordelijk voor het bepalen van de routes naar de opstelposities en het laten uitvoeren van een mogelijke reinigings- of onderhoudsbeurt. Bij het opstellen van het definitieve rangeerplan voor een dag heeft hij de mogelijkheid aanpassingen te maken in het bestaande plan voor de desbetreffende dag en een andere toewijzing te maken voor de treinstellen.

Ad 2. Het opstellen van treinstellen.

Een treinstel dat tijdelijk buiten gebruik is moet worden opgesteld op een daarvoor bestemd spoor. Het is daarbij van belang dat het geen belemmering vormt voor het overige treinverkeer.

Bij het opstellen van treinstellen op een spoor zal rekening moeten worden gehouden met: - de totale lengte van de opgestelde treinstellen, die de lengte van het

spoor niet mag overtreffen;

- de volgorde waarin treinstellen opgesteld staan. Een treinstel dat is ingesloten door andere treinstellen zal niet verplaatst kunnen worden; - de toegang tot het spoor. Een spoor heet een kopspoor, wanneer het

toegankelijk is van één zijde. Een spoor heet een vrij spoor, wanneer het toegankelijk is van beide zijden;

- eigenschappen van het spoor (aanwezigheid van bovenleiding voor

elektrische treinstellen, beveiliging, automatische wissels);

- noodzaak van koppelen/splitsen voor het opstellen van treinstellen.

De ruimte voor het opstellen van materieel op de sporen van het knooppunt is beperkt. Wanneer veel treinstellen opgesteld moeten worden op het knooppunt, kunnen zich problemen voordoen bij het bepalen van de juiste spoorbezetting.

Een rangeerplanner zal een trein die bestaat uit meerdere treinstellen in zijn geheel willen opstellen. Dit betekent dat het lastiger is een spoor te vinden voor het opstellen van zulke treinen. Voordeel is echter dat er geen extra personeel nodig is om de trein te splitsen en vervolgens te verplaatsen.

Ad 3. Het routeren van treinstellen.

Routeren is het bepalen van routes voor trein(stel)verplaatsingen. Een route is een specificatie van het pad dat een treinstel aflegt als het van een spoor naar een ander spoor gaat.

(18)

zullen in de meeste gevallen een aantal andere routes op het knooppunt tijdelijk niet beschikbaar zijn voor het overige treinverkeer. Er is sprake van een conflict als twee treinen tegelijkertijd (of kort na elkaar) hetzelfde gedeelte van het knooppunt moeten gebruiken. Figuur 2.5 geeft een eenvoudig voorbeeld. Wanneer de trein (bestaande uit één treinstel) van spoor 1 naar uit wordt verplaatst heeft dit consequenties voor het routeren van de treinen op spoor 2 en spoor 4. Deze treinen kunnen tijdelijk niet verplaatst worden, omdat het spoor daarvoor niet vrijgegeven kan worden.

Figuur 2.5 Situatie met drie treinen en spoor 1-4. Een verplaatsing van de trein van spoor 1 naar ”uit” blokkeert verplaatsingsmogelijkheden van andere treinen.

In de praktijk komen veel van dergelijke situaties voor. Wanneer een spoor gebruikt wordt voor het verplaatsen van een trein, zal het pas na enige tijd vrij worden gegeven voor het verplaatsen van andere treinen.

Op een knooppunt zijn veel wissels en seinen aanwezig om het spoorverkeer in goede banen te leiden. Een trein kan alleen gebruik maken van een route als de sporen van die route worden vrijgegeven. Dit wordt aangegeven door seinen. Tevens is het van belang dat de wissels goed staan, zodat de gewenste route gerealiseerd kan worden. Dit gebeurt veelal automatisch.

Soms is het nodig dat van rijrichting wordt veranderd om een treinstel van het ene spoor naar het andere spoor te verplaatsen. Bij een verplaatsing van de trein van spoor 4 naar spoor 3 in figuur 2.5, zal de machinist één keer van rijrichting moeten veranderen.

Een andere mogelijkheid die zich voor kan doen is dat er meerdere routes beschikbaar zijn voor het verplaatsen van een treinstel van het ene naar het andere spoor. In dat geval is er een dwangroute, dat is de route die de voorkeur verdient. Meestal is dit de meest logische route tussen twee sporen. Voor een verplaatsing is een rangeerplanner niet gebonden aan de dwangroute.

Bij het routeren zijn vooral de volgende aspecten van belang voor een rangeerplanner:

- mogelijkheden en beperkingen van de infrastructuur;

- elektrisch aangedreven treinen hebben bovenleiding nodig;

- veiligheidsaspecten (minimale opvolgtijd tussen twee treinen voor het gebruik van een spoor of wissel);

- eventuele dwangroutes;

- aantal keren dat van rijrichting wordt veranderd;

- doorgaand treinverkeer dat niet gehinderd mag worden.

Ad 4. Het koppelen en ontkoppelen van treinenstellen.

1 2 3

(19)

rangeerplanner moet, zoals al aangegeven bij punt 2, bij het opstellen rekening houden met de totale lengte van aan elkaar gekoppelde treinstellen.

Het gekoppeld verplaatsen van treinstellen levert voordelen op. Bijvoorbeeld wanneer treinstellen gekoppeld zijn, is slechts één machinist nodig voor een verplaatsing van meerdere treinstellen. De rangeerplanner zal echter ook rekening moeten houden dat personeel nodig is voor het koppelen en ontkoppelen van treinen. Onder punt 1 is al ingegaan op het belang treinstellen die gekoppeld aankomen ook gekoppeld aan een vertrekkende trein toe te kennen.

Ad 5. De reiniging en het onderhoud van treinstellen.

‘De reis van de klant’ is een slogan van NS Reizigers, die de basis vormt van haar diensten. Schone treinstellen is een essentieel onderdeel in dit streven en daarom laat de NS alle treinstellen dagelijks reinigen. Overdag worden tijdens de tussenstops kleine schoonmaakbeurten uitgevoerd. Afvalbakken worden geleegd, achtergebleven kranten verwijderd en de toiletten krijgen een kleine beurt. Op het reinigingsperron van een knooppunt worden treinstellen ’s nachts grondig intern gereinigd. Wanneer er niet genoeg ruimte is op het reinigingsperron of onvoldoende personeel aanwezig is, kan worden besloten een treinstel op een perron- of opstelspoor te reinigen of éénmalig de verplichte reiniging achterwege te laten.

Naast de interne reiniging van treinstellen vindt regelmatig een externe reiniging plaats en worden treinstellen geregeld goed nagekeken en onderhouden. Ook de externe reiniging en het onderhoud worden uitgevoerd op daarvoor bestemde sporen en perrons. Dit zijn weer andere sporen dan waarop de interne reiniging plaatsvindt.

In het rangeerplan moet ook rekening worden gehouden met de reiniging en het onderhoud van treinstellen. De planning van de reiniging en het onderhoud gebeurt in overleg met NedTrain2.

Bij het maken van planningen voor de reiniging en het onderhoud moet rekening worden gehouden met het aanwezige personeel. Voor de interne reiniging gelden vaste tijden (manuren). Omdat treinstellen van verschillende materieeltypen verschillen in bijvoorbeeld lengte, zijn de tijden afhankelijk van het materieeltype waartoe een treinstel behoort. Voor de interne reiniging wordt gewerkt met modules, die aangeven welke delen van een treinstel gereinigd moeten worden. Er is een basismodule, die elke nacht uitgevoerd moet worden. Deze basismodule bepaalt dat afvalbakken, interieur, raamwerk en toiletten gereinigd moeten worden. Er zijn aanvullende modules voor het grondig reinigen van bijvoorbeeld vloer, wanden en plafond of banken. De aanvullende modules hoeven niet dagelijks uitgevoerd te worden. Veelal wordt bij de interne reiniging de basismodule en één aanvullende module uitgevoerd. Het reinigingspersoneel werkt in teams. Een team werkt een treinstel af, waarna het aan de reiniging van een volgend treinstel begint.

Bij het opstellen van een schema voor het reinigen zal de rangeerplanner rekening moeten houden met aankomsttijden en vertrektijden van treinstellen. Daarbij spelen een tweetal afwegingen een rol.

Ten eerste moet het rangeerplan, waarin ook de treinstelbewegingen van en naar de reinigings- en onderhoudssporen zijn vastgelegd, robuust zijn. Een treinstel moet bijvoorbeeld om 23:00 uur aankomen en de reiniging staat gepland om 23:10 uur. Wanneer het treinstel met vertraging aankomt ontstaan problemen bij de reiniging. De reiniging van een treinstel moet dus niet direct na aankomst gepland worden. Het is ook van groot belang een trein op

2

(20)

tijd te laten vertrekken. Daardoor is het niet aan te raden een treinstel kort voor vertrek te laten reinigen. Bij vertraging zal de dienstregeling voor het treinverkeer ontregeld kunnen worden. In het streven om een robuust rangeerplan op te stellen, zal een rangeerplanner enige tijdspeling moeten houden in de planning van de reiniging.

Ten tweede verdient het aanbeveling een treinstel niet lang na aankomst te reinigen. Een treinstel komt bijvoorbeeld aan om 22:45 uur op één van de aankomstsporen en de reiniging staat gepland om 23:15 uur. Waarschijnlijk kan het treinstel de tussenliggende periode op het aankomstspoor blijven staan om vervolgens rechtstreeks naar het reinigingsspoor verplaatst te worden. Bij een langere periode is de kans groot, dat het treinstel niet op het aankomstspoor kan blijven staan en eerst naar een ander spoor verplaatst moet worden.

Samengevat zijn voor de planning van de reiniging en het onderhoud van een treinstel de volgende factoren van belang:

- het materieeltype waartoe het treinstel behoort;

- de mogelijkheid om gekoppelde treinstellen gelijktijdig te reinigen;

- de aankomst- en vertrektijden van de treinstellen;

- het beschikbare personeel dat de reiniging en het onderhoud moet

uitvoeren;

- het type reiniging of onderhoud (uit te voeren modules);

- de ruimte op de reinigings- en onderhoudssporen.

Ad 6. Het toekennen van rangeeractiviteiten.

De rangeeractiviteiten die volgen uit het rangeerplan moeten worden toegekend aan het aanwezige personeel. Het personeel is onder te verdelen in een aantal groepen met eigen taken. Zo zijn RET-machinisten verantwoordelijk voor het daadwerkelijk verplaatsen van trein(stell)en, eventueel geholpen door rangeerders voor onder andere het koppelen en ontkoppelen van treinstellen. Het reinigen van treinstellen wordt uitgevoerd door reinigingspersoneel.

Voor de meeste rangeeractiviteiten staat een vaste tijd. De tijd voor het verplaatsen van een trein is afhankelijk van de uitgestippelde route. Het uiteindelijke rangeerplan zal uitvoerbaar moeten zijn door het beschikbare personeel. Alleen dan kan een rangeerplanner alle rangeeractiviteiten toekennen aan het personeel. Daarbij zal hij rekening moeten houden met:

- het type activiteit dat uitgevoerd moet worden (bijvoorbeeld alleen

machinisten mogen een trein verplaatsen);

- eventuele looptijden voor het personeel (wanneer een machinist een

trein verplaatst heeft, zal het enige tijd duren voordat hij bij een andere trein kan zijn);

- de pauzes voor het beschikbare personeel.

Het is de bedoeling rangeeractiviteiten efficiënt uit te voeren. Dit betekent onder meer dat een rangeerplanner zal proberen de looptijden van het personeel laag te houden.

(21)

ontkoppelen van treinenstellen en het aantal geplande treinstelverplaatsingen heeft invloed op het aantal rangeeractiviteiten voor RET-machinisten.

Ook de toewijzing van aankomende treinstellen aan vertrekkende heeft invloed op andere facetten:

- Opstellen. Gekoppelde treinstellen die worden toegewezen aan één

uitgaande trein, zullen bij voorkeur ook gezamenlijk opgesteld worden. - Routeren. Treinstellen zullen op tijd en in juiste volgorde op het

vertrekspoor moeten staan.

- Koppelen. Treinstellen die een vertrekkende trein vormen moeten voor

vertrek gekoppeld zijn.

- Reinigen. Treinstellen moeten ruim voor vertrektijd gereinigd zijn.

- Rangeren. Vertrekkende treinstellen moeten verplaatst en mogelijk

gekoppeld worden.

De rangeertaak van een planner is tenslotte op te splitsen in één taak voor de dagovergang en één taak voor de nachtovergang. De dagovergang is de periode overdag. Het meeste materieel is in gebruik om het treinverkeer volgens de dienstregeling te laten rijden. Het is voor een rangeerplanner voor de dagovergang van belang de aankomst- en vertreksporen op tijd vrij te hebben voor de ingezette treinen. Treinen moeten gekoppeld of gesplitst worden en overblijvend materieel moet worden weggereden. De grootste problemen in de dagovergang doen zich voor bij het routeren. Door het intensieve treinverkeer zijn een aantal sporen constant in gebruik, waardoor een rangeerplanner deze sporen, vaak centraal gelegen, niet kan gebruiken voor het maken van routes.

De nachtovergang is de periode van de avond tot de volgende morgen. De knelpunten zijn het plannen van opstelposities voor het niet-actieve materieel en het bepalen van een reinigingsschema. Door het grote aanbod van treinstellen op een knooppunt en het beperkte aantal sporen is de ruimte voor het opstellen schaars. Het is daarom lastig voor al het materieel een geschikte positie te vinden op een knooppunt. De moeilijkheden bij de reiniging worden veroorzaakt door de beperkte ruimte op het reinigingsperron en het beschikbare reinigingspersoneel. Soms is het onmogelijk alle treinstellen te reinigen.

2.3 Rangeertaak gedurende de nachtovergang

Deze paragraaf gaat over de rangeertaak van de rangeerplanner gedurende de nachtovergang. Deze taak wordt als volgt omschreven:

Het plannen van het opstellen van materieel op sporen van een knooppunt en de daarbij horende rangeerbewegingen gedurende de nacht. De treinen dienen de volgende morgen gereinigd te zijn en volgens de geldende dienstregeling het knooppunt te verlaten.

Bij het plannen van de nachtovergang moet een rangeerplanner informatie over het volgende tot zijn beschikking hebben:

- De infrastructuur van het knooppunt. Een rangeerplanner moet een

(22)

de spoorlengtes weten, zodat hij kan bepalen welke treinstellen hij op een spoor kan plaatsen.

- De aanwezige treinstellen. Een rangeerplanner moet een overzicht hebben

van de aanwezige treinstellen. Tevens moet van elk treinstel op het knooppunt het materieeltype en de positie op het knooppunt bij hem bekend zijn. Hij moet weten of hij deze treinstellen kan gebruiken bij het samenstellen van vertrekkende treinen.

- De aankomende en vertrekkende treinen. De NS werkt met een

dienstregeling, waarin voor elke aankomende trein het aankomstmoment en de aankomstpositie bekend is en voor elke vertrekkende trein het vertrekmoment en de vertrekpositie. Voor elke aankomende en vertrekkende trein is de samenstelling en de volgorde binnen de samenstelling bekend.

Op basis van deze informatie moet een rangeerplanner bepalen welke treinstellen hij zal gebruiken voor het samenstellen van een vertrekkende trein, waarbij de doelstelling is dat deze trein op tijd vertrekt van het juiste spoor in de juiste samenstelling.

- Wijzigingen en vertragingen in het treinverkeer. Elke dag doen zich

wijzigingen in de dienstregeling en vertragingen in het treinverkeer voor. Een rangeerplanner moet hiervan op de hoogte zijn.

- De uit te voeren reiniging. In principe zullen alle aankomende treinstellen

gereinigd moeten worden. Een rangeerplanner zal moeten weten wanneer een treinstel gereinigd kan worden en wat de benodigde tijd ervan is.

- Het beschikbare personeel. Voor het rangeren van treinstellen en het

samenstellen van treinen is personeel nodig. Een rangeerplanner moet de functies weten van het beschikbare personeel, op grond waarvan hij de rangeeractiviteiten kan toekennen.

- De goederentreinen die het knooppunt passeren. In de nacht vindt het

grootste deel van het goederenvervoer over spoor plaats. Een rangeerplanner moet weten, wanneer hij bepaalde sporen vrij moet houden voor goederentreinen die het knooppunt passeren.

2.4 Toelichting op de infrastructuur

Een rangeerplanner richt zich bij het uitoefenen van zijn taak alleen op het plannen van de rangeerbewegingen op het knooppunt. Om een beter begrip te krijgen van de situatie op een knooppunt wordt de infrastructuur ervan in deze paragraaf toegelicht. De infrastructuur van een knooppunt wordt gevormd door sporen. Sporen verschillen op basis van:

a. Functie.

b. Toegankelijkheid. c. Beveiliging.

d. Wissels op het spoor.

(23)

Ad a. Functie

Als gekeken wordt naar de functie van het spoor, dan zijn de sporen grofweg onder te verdelen in vier groepen:

1. Perronsporen.

2. Opstelsporen.

3. Verbindingssporen.

4. Sporen met speciale kenmerken.

Perronsporen zijn sporen waar treinen aankomen of vertrekken; de passagiers kunnen hier in- en uitstappen. De NS streeft ernaar treinen op eenzelfde route altijd van hetzelfde perron te laten vertrekken.

Opstelsporen bieden de mogelijkheid treinstellen te plaatsen als ze voor langere tijd op een knooppunt blijven.

Verbindingssporen maken verbindingen mogelijk tussen sporen en zijn belangrijk voor het doorgaande treinverkeer. Het is verboden materieel op verbindingssporen te plaatsen.

Tot slot zijn er nog sporen met speciale kenmerken zoals:

• Depotvoeding

• Mogelijkheid tot bijvullen van water

• Wassen extern

• Wassen intern

• Bovenleiding

• Dieseltankplaats.

Figuur 2.6 De sporen infrastructuur van knooppunt Zwolle met de sporen 1a-204.

(24)

knooppunt Zwolle ligt tussen de sporen 90 en 91. Dit perron wordt gebruikt voor de interne reiniging. Op spoor 98 vindt de externe reiniging plaats.

Ad b. Toegankelijkheid

Een rangeerplanner zal bij het opstellen van een trein(stel) rekening moeten houden met de toegankelijkheid van het spoor. Sporen 14, 15 en 16 op het knooppunt Zwolle zijn bijvoorbeeld slechts van één zijde toegankelijk, dit noemt men “kopsporen”. Sporen 201-204 zijn vrije sporen: die zijn van beide zijden toegankelijk.

Wanneer een treinstel op een vrij spoor wordt opgesteld, kan dit spoor niet meer gebruikt worden voor andere routes om treinen te verplaatsen. Een rangeerplanner zal een treinstel dus bij voorkeur op een kopspoor opstellen. Hij moet er dan echter wel op letten dat treinstellen die even later gebruikt moeten worden niet geblokkeerd worden, omdat de trein maar aan één zijde het spoor kan verlaten.

In het voorbeeld van figuur 2.7 komt trein-1, bestaande uit één treinstel, op een knooppunt aan. Het zal enige tijd op het knooppunt opgesteld moeten worden. De rangeerplanner heeft daarvoor de keuze uit de sporen 1, 2 en 3. Wanneer de rangeerplanner kiest voor spoor 2, dan blokkeert hij daarmee trein-2. Het wordt lastig als trein-2 eerder het knooppunt moet verlaten dan trein-1. Voordat trein-2 kan wegrijden, zal eerst trein-1 verplaatst moeten worden naar een ander spoor. De rangeerplanner kan ook kiezen trein-1 op te stellen op spoor 3. Op het moment dat trein-1 het knooppunt binnenkomt kan de rangeerplanner spoor 3 nog gebruiken voor het routeren van andere treinen. Na het opstellen zal dit niet meer mogelijk zijn, omdat de doorgang verhinderd wordt door de opgestelde trein. Wanneer de rangeerplanner tenslotte kiest voor spoor 1, dan doen zich geen problemen voor met het overige treinverkeer.

Figuur 2.7 Voorbeeld van een knooppunt met drie opstelsporen, namelijk sporen 1,2 en 3. De pijlen geven aan waar trein-1 opgesteld kan worden.

(25)

Figuur 2.8 In het voorbeeld kan trein-3 op spoor 3 (optie 1) of spoor 1 (optie 2) opgesteld worden.

Ad c. Beveiliging

Een spoor is beveiligd, wanneer seinen aangeven of het berijdbaar is. Op onbeveiligde sporen zijn geen seinen aanwezig. Een rangeerplanner moet bij de onbeveiligde sporen strenger controleren of routes mogelijk zijn.

Ad d. Wissels

Sporen verschillen ook op basis van wissels. Een knooppunt heeft sporen met automatische wissels en sporen met handmatige wissels. Een handmatige wissel moet, in tegenstelling tot een automatische wissel, door een machinist bediend worden. Een route, die via handmatige wissels gaat, is moeizamer te realiseren dan een route via automatische wissels. Voor het omzetten van een wissel zal de machinist zijn trein moeten verlaten, waardoor de verplaatsing langer zal duren.

(26)

3 Beslissingsondersteuning

Het doel van het RuGRintel-project is het planningsproces op een knooppunt te analyseren en mogelijke ondersteuning of ideeën daarvoor op te stellen.

Het sluitstuk van het logistieke planningsproces voor het treinverkeer is het voltooien van “lokaal plan”. Daarom is het van belang dat de doorlooptijd van het voltooien van lokaal plan zo kort mogelijk is. De doorlooptijd is de benodigde tijd om een planning op te stellen en te controleren op de toelaatbaarheid. Door de doorlooptijd te verkorten kan de definitieve planning in een later stadium gemaakt worden, waardoor de planning beter aangepast is op de feitelijke situatie. Wanneer de doorlooptijd verkort wordt heeft een planner tevens meer mogelijkheden tot analyseren.

Het doel van deze scriptie-opdracht is software-ondersteuning te ontwikkelen die een rangeerplanner kan gebruiken voor het plannen van de nachtovergang. De taak van een rangeerplanner is in hoofdstuk 2 toegelicht. In dit hoofdstuk wordt antwoord gegeven op de vraag aan welke ondersteuning een rangeerplanner behoefte heeft. Daartoe wordt eerst de huidige werkwijze en de ondersteuning die inmiddels is ontwikkeld door het RuGRintel-onderzoeksteam beschreven.

3.1 Huidige werkwijze van een rangeerplanner

De planning op een knooppunt gebeurt grotendeels handmatig. Een rangeerplanner krijgt de informatie over een nachtovergang per dag vanuit Utrecht aangeleverd. In deze informatie is de dienstregeling en de materieelinzet voor een specifieke dag gegeven, evenals de onderhoudsregelingen voor treinstellen. Een rangeerplanner moet zich vooral richten op de details van de rangeerbewegingen van, naar en op de opstelsporen.

Het weekplan geeft voor elke dag in de week een rangeerplan voor de nachtovergang. Een rangeerplanner zal aanpassingen moeten maken op dit plan, vanwege de dagelijkse wijzigingen, die zich voordoen in het treinverkeer. Bij deze dagelijkse wijzigingen kan gedacht worden aan:

- extra treinen, die aan de dienstregeling worden toegevoegd;

- treinen, die uit de dienstregeling worden geschrapt;

- vertraging van treinen;

- veranderde samenstelling van treinen;

(27)

3.1.1 Voorbeeld

De rangeertaak van de rangeerplanner zal worden toegelicht met een denkbeeldig voorbeeld met daarin een aantal sporen van het knooppunt Zwolle. Er zijn vier aankomende treinen en vijf vertrekkende treinen. Het voorbeeld kent twee verschillende materieeltypen. Treinstellen zijn van type OC of type OH. De tijdsduur van de nachtovergang loopt van 22:00 uur tot 2:00 uur, een tijdsduur van vier uur. In werkelijkheid is de situatie veel complexer. Grotere knooppunten, meerdere treinen, treinstellen van meerdere materieeltypen en een langere tijdsduur maken het planningsprobleem onoverzichtelijker voor een rangeerplanner.

Figuur 3.1 geeft een overzicht van de sporen. Het knooppunt kent een A-zijde en een B-zijde, zoals aangegeven in de figuur. De sporen 5a, 5b, 6a, 6b en 7 zijn de perronsporen, waar de treinen aankomen of vertrekken en de passagiers kunnen in- en uitstappen. Spoor 100 is een opstelspoor waar treinstellen voor een langere periode geplaatst kunnen worden en spoor 90 is het reinigingsspoor.

Figuur 3.1 De sporeninfrastructuur van het voorbeeld.

Er wordt verondersteld dat alle treinstellen van gelijke lengte zijn. Het materieeltype van de treinstellen heeft dus geen invloed op het aantal treinstellen dat op een spoor geplaatst kan worden. In tabel 3.2 is een sporenoverzicht gegeven. Hierin wordt per spoor vermeld hoeveel treinstellen geplaatst kunnen worden.

Spoor Aantal te plaatsen treinstellen

5a 2 5b 2 6a 2 6b 2 7 6 90 2 100 4 Tabel 3.2 Sporenoverzicht.

Tabel 3.3 geeft informatie over de aankomende en de vertrekkende treinen. De treinen hebben een eigen nummer dat refereert aan het traject waarop de trein ingezet is. In de tabel is ook de samenstelling van de treinen gegeven. Voor elke aankomende trein staat aangegeven van welke zijde de trein op het knooppunt aankomt. Trein 3689, die om 23:00 uur aankomt op spoor 6a, heeft de samenstelling OC-OH en komt aan via de A-zijde. Het treinstel dat voorop rijdt wordt als eerste gegeven in de samenstelling van de trein.

(28)

aankomende treinen vertrekkende treinen

tijd spoor trein Samenstelling tijd spoor trein samenstelling

22:00 5a (A) 3680 OC 00:30 6a (A) 1003 OC-OC

22:06 6a (A) 577 OC 01:06 6b (B) 2709 OC

22:45 7 (B) 1037 OH-OH 01:27 7 (A) 3603 OH

23:00 6a (A) 3689 OC-OH 01:54 5b (B) 2721 OH

01:57 7 (B) 3611 OH

Tabel 3.3 Treineninformatie voor het voorbeeld.

Het rangeerplan van het voorbeeld wordt gegeven in tabel 3.4. In dit rangeerplan worden alle treinverplaatsingen vermeld. Alle treinstellen worden gereinigd op spoor 90. De eerste kolom van het rangeerplan geeft het tijdstip van een gebeurtenis. De tweede kolom geeft het vertrekspoor van de trein die verplaatst zal worden. De derde kolom vermeldt het zescijferige treinnummer van de trein die verplaatst wordt. De eerste twee cijfers daarin maken duidelijk dat het een treinverplaatsing op het knooppunt betreft. Het aankomstspoor wordt in de vierde kolom vermeld. De samenstelling van de trein die verplaatst zal worden is gegeven in de vijfde kolom. Het treinstel dat voorop zal rijden wordt als eerste gegeven. Bijzonderheden zoals koppelen, splitsen, reinigen en een trein gereed maken voor vertrek worden in de laatste kolom vermeld.

tijd spoor trein naar spoor samenstelling bijzonderheden

22:03 5a 403680 100 OC

22:15 6a 400577 100 OC koppelen met 403680

23:33 100 410577 90 OC-OC reiniging

23:45 6a 403689 100 OH-OC splitsen in 402709 en 413689

00:12 90 420577 100 OC-OC

00:15 100 430577 6a OC-OC klaarmaken voor vertrek 1003

00:21 100 402709 90 OC reiniging

00:45 90 412709 100 OC

00:48 100 422709 6b OC klaarmaken voor vertrek 2709

00:51 7 401037 90 OH-OH reiniging

01:18 90 411037 7 OH-OH splitsen in 403603 en 403611

01:21 7 403603 OH klaarmaken voor vertrek 3603

01:30 100 413689 90 OH reiniging

01:45 90 423689 100 OH

01:48 100 433689 5b OH klaarmaken voor vertrek 2721

Tabel 3.4 Rangeerplan voor het voorbeeld.

(29)

Figuur 3.5 Overgang van aankomende treinen naar vertrekkende treinen.

De bijbehorende spoorbezettingsgrafiek voor de situatie van het voorbeeld wordt gegeven in figuur 3.6. Tijd22:00 22:15 22:30 22:45 23:00 23:15 23:30 23:45 0:00 ................................................................................................ Sporen 5a 5b 6a 6b 7 90 100 00:00 00:15 00:30 00:45 01:00 01:15 01:30 01:45 2:00 ................................................................................................ 5a 5b 6a 6b 7 90 100

Figuur 3.6 Spoorbezettingsgrafiek behorende bij het rangeerplan uit tabel 3.4. Er wordt aangegeven wanneer treinstellen een spoor bereiken en verlaten.

Er worden drie verschillende situaties bekeken waarin veranderingen optreden in gegevens van het treinverkeer of omstandigheden op het knooppunt. Tabel 3.7 geeft een overzicht van

(30)

de wijzigingen voor de drie situaties. Vervolgens is het de taak van de rangeerplanner een rangeerplan op te stellen indien dergelijke situaties zich voordoen.

situatie 1 situatie 2 situatie 3

- aankomsttijd trein 3680 23:30 i.p.v. 22:00 - buitendienststelling spoor 6b (22:00-02:00) - samenstelling trein 3680 is gewijzigd in OH - samenstelling trein 1003 is gewijzigd in OH-OC - buitendienststellingen spoor 5a en spoor 5b (22:00-22:30)

Tabel 3.7 Drie situaties met wijzigingen.

De eerste situatie betreft een wijziging in de aankomsttijd van trein 3680. De tweede situatie betreft een buitendienststelling van spoor 6b. De derde situatie betreft de wijziging van de samenstellingen van trein 3680 en trein 1003 en een tijdelijke buitendienststelling van spoor

5a en 5b van 22:00 uur tot 22:30 uur.

Voor de verschillende situaties zal een rangeerplan worden opgesteld waarbij bekeken wordt in hoeverre het rangeerplan uit figuur 3.4 nog bruikbaar is.

Situatie 1

Het rangeerplan uit tabel 3.4 kan als uitgangspunt dienen voor het rangeerplan bij situatie 1. In een werkelijke situatie heeft een rangeerplanner ook een rangeerplan als uitgangspunt. Dit is het rangeerplan dat wordt gegeven in het weekplan voor de desbetreffende dag (zie ook paragraaf 2.1).

Tabel 3.8 geeft een overzicht van de aankomende en vertrekkende treinen. Trein 3680 komt later op het knooppunt aan. In het rangeerplan uit tabel 3.4 wordt deze trein om 22:15 naar spoor 100 verplaatst, waarna het gekoppeld zal gaan worden met trein 577. De rangeerplanner zal moeten controleren of de verplaatsing van trein 3680 ook na 23:30 kan plaatsvinden. Dit is alleen mogelijk als ook de reiniging van de gekoppelde trein (trein 3680 en trein 577) op een later tijdstip gepland wordt. De veranderingen ten opzichte van het oorspronkelijke rangeerplan uit tabel 3.4 zijn in tabel 3.8 aangegeven met rood. In tabel 3.9 is het aangepaste rangeerplan voor situatie 1 te zien.

tijd spoor trein Samenstelling tijd spoor Trein Samenstelling

23:30 5a (A) 3680 OC 00:30 6a (A) 1003 OC-OC

22:06 6a (A) 577 OC 01:06 6b (B) 2709 OC

22:45 7 (B) 1037 OH-OH 01:27 7 (A) 3603 OH

23:00 6a (A) 3689 OC-OH 01:54 5b (B) 2721 OH

01:57 7 (B) 3611 OH

(31)

tijd spoor trein naar spoor samenstelling bijzonderheden 22:15 6a 400577 100 OC koppelen met 403680 23:33 5a 403680 100 OC 23:36 100 410577 90 OC-OC reiniging 23:45 6a 403689 100 OH-OC splitsen in 402709 en 413689 00:15 90 420577 100 OC-OC

00:18 100 430577 6a OC-OC klaarmaken voor vertrek 1003

00:21 100 402709 90 OC reiniging

00:45 90 412709 100 OC

00:48 100 422709 6b OC klaarmaken voor vertrek 2709

00:51 7 401037 90 OH-OH reiniging

01:30 100 413689 90 OH reiniging

01:45 90 423689 100 OH

Tabel 3.9 Rangeerplan situatie 1. Wijzigingen ten opzichte van het oorspronkelijke rangeerplan zijn vetgedrukt aangegeven.

Situatie 2

Voor situatie 2 (de tijdelijke buitendienststelling van spoor 6b) kan het rangeerplan uit tabel 3.4 eveneens als uitgangspunt gebruikt worden. Spoor 6b kan niet gebruikt worden voor het opstellen en routeren van treinen. De rangeerplanner zal daarom trein 2709 van een ander spoor laten vertrekken. In het voorbeeld wordt gekozen voor spoor 5b. De buitendienststelling van spoor 6b heeft geen verdere consequenties voor het rangeerplan uit tabel 3.4. Door de buitendienststelling kan de rangeerplanner niet meer een trein van spoor 6a naar spoor 100 verplaatsen via spoor 6b. Deze verplaatsing is nog wel mogelijk via spoor 5b. De rangeerplanner zal dus moeten controleren of routes via spoor 6b vervangen kunnen worden door een andere route. Tabel 3.11 toont het rangeerplan voor situatie 2. Dit plan komt bijna overeen met het rangeerplan uit tabel 3.4.

tijd spoor trein samenstelling tijd spoor trein samenstelling

22:00 5a (A) 3680 OC 00:30 6a (A) 1003 OC-OC

22:06 6a (A) 577 OC 01:06 5b (B) 2709 OC

22:45 7 (B) 1037 OH-OH 01:27 7 (A) 3603 OH

23:00 6a (A) 3689 OC-OH 01:54 5b (B) 2721 OH

01:57 7 (B) 3611 OH

(32)

tijd spoor trein naar spoor samenstelling bijzonderheden 22:03 5a 403680 100 OC 22:15 6a 400577 100 OC koppelen met 403680 23:33 100 410577 90 OC-OC reiniging 23:45 6a 403689 100 OH-OC splitsen in 402709 en 413689 00:12 90 420577 100 OC-OC

00:15 100 430577 6a OC-OC klaarmaken voor vertrek 1003

00:21 100 402709 90 OC reiniging

00:45 90 412709 100 OC

00:48 100 422709 5b OC klaarmaken voor vertrek 2709

00:51 7 401037 90 OH-OH reiniging

01:30 100 413689 90 OH reiniging

01:45 90 423689 100 OH

Situatie 3

In situatie 3 hebben de wijzigingen grotere gevolgen. Door de veranderde samenstelling van trein 3680 en trein 1003 zal de toewijzing van de aankomende treinstellen aan de vertrekkende treinstellen aangepast moeten worden. Deze aanpassingen hebben weer gevolgen voor het routeren, opstellen en reinigen van trein(stell)en. Ook de tijdelijke buitendienststellingen van spoor 5a en spoor 5b hebben gevolgen voor het rangeerplan uit tabel 3.4. Tabel 3.13 geeft een rangeerplan dat gebruikt kan worden voor situatie 3. Dit plan verschilt aanzienlijk van het rangeerplan uit tabel 3.4. Figuur 3.14 geeft de overgang van de aankomende treinen naar de vertrekkende treinen. Deze overgang verschilt van de overgang uit figuur 3.5.

tijd spoor trein samenstelling tijd spoor trein samenstelling

22:00 6a (A) 3680 OH 00:30 6a (A) 1003 OH-OC

22:06 6a (A) 577 OC 01:06 6b (B) 2709 OC

22:45 7 (B) 1037 OH-OH 01:27 7 (A) 3603 OH

23:00 6a (A) 3689 OC-OH 01:54 5b (B) 2721 OH

01:57 7 (B) 3611 OH

(33)

tijd spoor trein naar spoor samenstelling bijzonderheden 22:03 6a 403680 100 OH 22:15 6a 400577 100 OC 23:21 6a 403689 100 OH-OC splitsen in 403689 en 401003 23:24 100 411003 OH-OC koppelen 400577 en 401003 23:27 100 413689 90 OH reiniging 23:42 90 423689 100 OH

23:45 100 433689 5b OH klaarmaken voor vertrek 2709

23:48 100 421003 90 OH-OC reiniging

00:21 90 431003 100 OC-OH

00:24 100 441003 6a OH-OC klaarmaken voor vertrek 1003

00:51 7 401037 90 OH-OH reiniging

01:21 100 413680 90 OH reiniging

01:45 90 423680 100 OH

01:48 100 433680 5b OH klaarmaken voor vertrek 2721

Figuur 3.14 Overgang van treinen voor situatie 3.

De drie situaties in het bovenstaande voorbeeld geven aan dat het voor een rangeerplanner lastig kan zijn een rangeerplan op te stellen voor de nachtovergang. De wijziging in situatie 1 heeft nog geen grote gevolgen voor het rangeerplan uit tabel 3.4. De rangeerplanner zal een aantal aanpassingen moeten doen, omdat de wijziging niet alleen gevolgen heeft voor de vertraagde trein 3680, maar ook voor de gekoppelde trein, die later gereinigd zal worden. Hoewel de aanpassingen redelijk eenvoudig te maken zijn, toont dit voorbeeld wel het multipliereffect dat een wijziging kan hebben. De wijziging in situatie 2 levert weinig moeilijkheden op voor de rangeerplanner. Hij hoeft weinig aanpassingen te maken in het rangeerplan. Situatie 3 is minder overzichtelijk voor de rangeerplanner. De rangeerplanner heeft de keuze om in deze situatie meerdere wijzigingen door te voeren of een nieuw rangeerplan op te stellen. Wanneer hij ervoor kiest het rangeerplan uit tabel 3.4 aan te passen, zal hij ook rekening moeten houden met multipliereffecten.

In het voorbeeld is het voor de rangeerplanner nog mogelijk op eigen inzicht een nieuw rangeerplan op te stellen. Het voorbeeld illustreert echter dat enkele wijzigingen in het treinverkeer al meerdere gevolgen kunnen hebben voor een rangeerplan. Voor de grote knooppunten met veel aankomende en vertrekkende treinen is het minder eenvoudig een nieuw rangeerplan op te stellen en daarom is ondersteuning gewenst.

(34)

3.2 RuGRintel

Voor RuGRintel is uitgebreid onderzoek gedaan naar de taak van de rangeerplanner. Er is gekeken naar de behoefte aan verdere ondersteuning. Hierover is meer te lezen in de rapporten [6] en [13]. Het RuGRintel-onderzoeksteam, als opdrachtgever van deze scriptie, heeft een prototype opgezet.

In het rapport [13] wordt een basisstructuur voor de beslissingsondersteuning van RuGRintel gegeven, waarin onderscheid wordt gemaakt tussen een aantal vormen van ondersteuning die een rangeerplanner van dienst kunnen zijn, zoals

• Editor

• Controleur

• Evaluator

• Generator.

De editor is een uitgebreid elektronisch planbord dat planningsinformatie weergeeft in diverse vormen, zoals grafieken, tabellen en tekst. De editor kan onder meer een overzicht geven van de opstelling van de treinstellen op het knooppunt (de spoorbezetting).

De controleur is een software-ondersteuning die controleert of een planning aan de randvoorwaarden voldoet. Deze randvoorwaarden kunnen bijvoorbeeld betrekking hebben op het treinverkeer of de veiligheid.

De evaluator ondersteunt de planner bij het evalueren van de mate waarin de doelstellingen voor de planning zijn behaald. Eén van de doelstellingen is het aantal treinstellen dat tijdens de nachtovergang gereinigd moet worden.

De generator bevat wiskundige modellen en algoritmen voor het modelleren van het planningsprobleem (of een gedeelte ervan) en het berekenen van een oplossing ervan. De oplossing kan vervolgens via de editor worden gepresenteerd aan de planner, die vervolgens zelf kan bepalen of hij de oplossing accepteert. Wanneer een treinstel verplaatst moet worden tussen twee sporen, kan bijvoorbeeld de generator de kortste route tussen deze sporen bepalen.

Het RuGRintel-prototypeplanningssysteem is een combinatie van bovenstaande soorten ondersteuning. De huidige functionaliteit van het prototype is vooral gericht op het vinden van routes voor het verplaatsen van trein(stell)en. Men is daarbij uitgegaan van de huidige werkwijze van een rangeerplanner op een knooppunt. Het is mogelijk om voor elk tijdsmoment een grafische weergave van de spoorbezetting op het knooppunt te krijgen. Hieruit zijn de sporen waarop nog ruimte is voor het opstellen van een trein(stel) af te leiden. Ook de vrije routes zijn af te leiden. Een vrije route is een route tussen twee sporen, die niet wordt geblokkeerd door treinverkeer.

Het RuGRintel-prototype kan gebruikt worden wanneer een rangeerplanner treinstellen moet verplaatsen. Eén voor één worden de kortste routes bepaald, gegeven de spoorbezetting op het knooppunt.