Aperçu
Les Chemins de fer Néerlandais sont l'un des réseaux ferroviaires les plus fréquentés au monde après la Suisse. Leur chiffre d'affaires pour 2018 s'élevait à 5,926 millions d'euros. Chaque année, 9 millions de personnes voyagent à bord des trains bleus et jaunes. Les chemins de fer vont « d'Utrecht au Tibet » et s'étendent sur 6 830 kilomètres.
Problème
Les ingénieurs des Chemins de fer Néerlandais ont utilisé des tests virtuels d'innovations. Ils n'ont pas la possibilité d’essayer beaucoup d'innovations dans la vie réelle. De plus, ils ne peuvent pas causer de perturbations sur les lignes de chemin de fer car cela détruirait tout le pays. Les ingénieurs des Chemins de fer Néerlandais devaient tester l'acquisition et l'introduction du nouveau matériel roulant et des innovations telles que les trains autonomes et le système numérique de protection des trains.
Auparavant, les Chemins de fer Néerlandais n'utilisaient que des simulations microscopiques et très détaillées, mais il était difficile de les utiliser.
Les perturbations ont été l'un des principaux problèmes des Chemins de fer Néerlandais. Ils sont difficiles à prévoir, mais se produisent tous les jours. Chaque jour, il y avait des restrictions. Il n'y avait pas de jour où tous les trains étaient à l'heure avec la bonne équipe et le bon matériel roulant. Les perturbations peuvent être des vaches sur la piste, des portes qui ne ferment pas ou des pannes de courant. Par exemple, un câble à haute tension est tombé sur la voie ferrée et il a fallu six mois pour le réparer. Habituellement, ils simplifiaient les problèmes comme suit : un train cassé bloquait la voie, ou la voie était bloquée et aucun train n'était autorisé à passer.
Solution
À l'aide d'AnyLogic, ils ont créé des modèles macroscopiques et conceptuels. Les ingénieurs pouvaient développer un concept rapidement, en passant moins d'une semaine sur un nouveau modèle. Ils ont intégré AnyLogic à de nombreux autres outils prédictifs. Le modèle était interactif, facile à utiliser et explicable pour les utilisateurs finaux.
Le modèle de simulation AnyLogic était bien meilleur que la visualisation du réseau ferroviaire qui était auparavant utilisée par les Chemins de fer Néerlandais. Le modèle a simulé tous les trains pendant toute la journée.
Ils ont modélisé une ligne du réseau qui les intéressait. Ensuite, ils chargent un calendrier de n'importe quelle année, passée ou future, par exemple, 2030. Ils ont simplifié ces données en éléments d'infrastructure, de gares, de quais et de trains.
Les développeurs du modèle ont chargé des données réelles de 2019 et les ont intégrées dans des distributions stochastiques. Le modèle AnyLogic a été utilisé pour prédire la probabilité qu'un train soit à l'heure et simuler le flux des trains.
Les développeurs des Chemins de fer Néerlandais ont construit un modèle de simulation pour prédire la ponctualité à l'échelle du réseau, ce qui ne pouvait pas être fait à la main. Le modèle AnyLogic a fourni des taux de panne réalistes pour les trains et l'infrastructure. Les développeurs des Chemins de fer Néerlandais ont utilisé certaines règles simples de rééchelonnement.
En cas d'incident, les passagers qui ne se trouvaient pas dans la zone touchée pourraient continuer à être transportés. Il était important de limiter les perturbations à une zone aussi petite que possible et de faire tourner les trains sur les bords pour que les passagers soient à l'heure.
De plus, les développeurs des Chemins de fer Néerlandais ont mené une expérimentation de Monte-Carlo. Dans le modèle, il y avait 10 distributions stochastiques. Chaque fois que le train partait, il affichait des retards ou des défaillances possibles. Il était connecté à la base de données SQL pour charger des jeux de paramètres prédéfinis.
Résultats
Les ingénieurs ont pu tester certains types de perturbations. Lorsqu'un exprimant a été menée, les développeurs ont obtenu les indicateurs clés de performance, c'est-à-dire les retards totaux des trains, le nombre de pannes, les trains annulés et la ponctualité. La durée de fonctionnement du modèle était assez bonne, car cette expérience a montré les résultats pendant 5 ans en environ 5 minutes d'exécution.
Les Chemins de fer Néerlandais utilisent ce modèle depuis près de 5 ans. Pendant ce temps, ils y ont apporté quelques modifications. Par exemple, ils utilisaient davantage des actions dans la transition plutôt que dans l'entrée d'état. Cela a permis d'éviter toute confusion lors de l'utilisation d'états historiques.
Auparavant, les ingénieurs des Chemins de fer Néerlandais dessinaient le tracé du modèle à la main, lui donnaient un nom et le connectaient à un fichier d'entrée, mais ils ont ensuite commencé à automatiser avec l'utilisation de modèles AnyLogic qui leur permettaient de passer facilement d'un tracé à l'autre (certaines parties des Pays-Bas). Grâce à AnyLogic, il est devenu possible de modéliser la quasi-totalité des Pays-Bas.
Pour obtenir des informations du logiciel de planification des horaires et de l'ordonnanceur du matériel roulant, le modèle a été connecté à certains de leurs systèmes de production. Les Chemins de fer Néerlandais ont utilisé des fichiers XML, les ont convertis en une base de données SQL, puis AnyLogic a obtenu les données d'entrée de SQL. Après la simulation, les données de sortie peuvent être exportées d'AnyLogic vers une base de données SQL et visualisées avec Power BI.
Étude de cas : Augmentation de la fréquence des trains
Problème
De plus, le gouvernement a demandé aux Chemins de fer Néerlandais d'augmenter la fréquence des trains tout en maintenant le même KPI, à savoir le niveau de ponctualité. Un réseau chargé diminuait toujours la ponctualité parce qu'il y avait plus de trains qui pouvaient tomber en panne, plus de passagers qui pouvaient causer des retards, et l'infrastructure était plus utilisée.
Solution
Les Chemins de fer Néerlandais devaient étudier les moyens de maintenir le même niveau élevé de ponctualité. Pour ce faire, ils ont utilisé un modèle très abstrait. Il comprenait un certain nombre de trains lents et rapides, des voies, des gares et l'horaire réel. Ils ont simulé différents horaires.
Résultats
L'image ci-dessous demontre le pourcentage de trains ponctuels qui affichent une baisse de performance. Par exemple, la barre orange indique quatre trains rapides par heure sans construire les nouvelles voies. S'ils ajoutaient deux voies à l'infrastructure, le niveau de ponctualité serait plus élevé.
L'un de leurs défis était de savoir comment faire circuler plus de trains avec la même infrastructure. Cette baisse de performance pourrait être compensée non seulement par l'infrastructure, mais aussi par la fiabilité des trains et l'adaptabilité des horaires.
Étude de cas : Approvisionnement en trains
Problème
Les Chemins de fer Néerlandais voulaient acheter le matériel roulant à deux niveaux, les nouvelles unités motrices qui nécessitaient un investissement supplémentaire. Le matériel roulant nécessitait le plus de dépenses, ils devaient donc savoir si cet investissement dans la fiabilité en valait la peine.
Solution
Ils ont simulé un nouvel horaire pour 2040 où la fréquence serait doublée – environ 8 ou 10 trains sur une voie par heure. Le modèle a tenu compte de l'environnement mixte avec tous les types de trains, des données sur les défaillances de 2019 et des taux de défaillance des nouveaux trains.
Résultats
Les heures d'arrivée des trains étaient l'un des indicateurs clés de performance. L'avantage pour le client était la ponctualité.
Si la fiabilité des nouveaux trains était améliorée de 20 %, seuls 0,08 % des trains modélisés arriveraient à l'heure. Le modèle de simulation AnyLogic a montré que l’investissement n'était pas rentable. Les Chemins de fer Néerlandais ont donc décidé d'investir dans une meilleure gestion des incidents.
Autres études
De plus, les ingénieurs ont mené une étude d'optimisation des voies ferrées pour les sites de réparation. Parmi les résultats obtenus par les Chemins de fer Néerlandais grâce à l'utilisation d'AnyLogic comme logiciel de simulation ferroviaire, citons l'introduction d'un nouveau matériel roulant, le nouveau système de sécurité, l'automatisation des opérations ferroviaires, l'investissement à long terme dans l'infrastructure et les décisions opérationnelles à court terme.
L'étude de cas a été présentée par Camiel Simons, des Chemins de fer Néerlandais, lors de la conférence AnyLogic 2022.
Les diapositives sont disponibles au format PDF.
