机车周转图是依据机车交路、机车运转制、乘务制度、乘务方式、机车最短折返作业时间标准等编制的机车工作计划,是机务部门组织运输生产活动的基础,是铁路运输计划的重要组成部分。编制机车周转图应综合考虑各方面的因素以保证机车运用效率的最大化,经济合理地使用机车,加速机车周转。此外,机车周转图的编制应与列车运行图相互协调、统筹安排,才能保证运输组织的正常实施,保证行车安全,提高运输生产效率和经济效益。机车周转图编制问题是以最少的机车资源实现列车运行图上所有列车的动力配置。机车周转图编制问题包含变量较多,且变量之间的约束关系复杂,是一类复杂的特殊指派问题,其求解难度较大。在实际工作中,主要通过开发机车周转图编制系统来进行具体编制的,设计机车周转图编制系统,提供机车周转图编制和调整手段,设计机车周转图与列车运行图协同编制机制,将有利于提高机车周转图的编制质量和编制效率。在现有机车周转图编制问题及机车周转图编制系统研究的基础上,论文主要研究了机车周转图编制模型和算法、机车周转图与列车运行图协调方法、机车周转图编制系统设计等几个方面的内容,具体如下：1.通过分析机车周转图机车接续,总结出机车周转图具有机车顺次接续特征：即对于任意一个机车折返站的机车接续可行解,在机车总折返时间不变的条件下,总可以转化为从某一机车接续开始,按照顺次接续的原则形成的可行解。并从理论上对机车周转图具有机车顺次接续特征进行了证明。2.建立了单一机车周转图编制问题的数学模型,在此基础上将单一机型机车周转图问题分为成对机车周转图和不成对机车周转图两种类型来分别设计相应的算法进行求解。在求解成对机车周转图时,通过获取密集到发点后依据机车顺次接续方法可快速进行求解。在求解不成对机车周转图时,利用机车周转图的机车顺次接续特征,确定不成对机车周转图的附挂机车接续担当列车,进而将机车附挂问题转化为附挂机车接续担当列车之间的匹配问题,在此基础上形成机车附挂方案,并最终将不成对机车周转图问题转化为成对机车周转图问题进行求解。3.分析了多机型机车周转图编制问题的特点,提出了以机车运用效益作为该问题的优化目标,并建立了机车折返站的到达机车、出发机车、机型的三维指派数学模型。在问题求解时,以固定机车台数条件下的机车周转图编制算法为基础,设计了机车接续互换的启发式算法,进行机车周转分组的优化调整,最终实现机型分配和机车周转时间的综合优化,达到机车运用效益优化的目标。4.在基于机车运用效益的多机型机车周转图问题的基础上,研究了限定机型机车数量条件下的多机型机车周转图编制算法。在对数量受限机型进行单一机型机车周转图编制的基础上,通过采用机车接续互换和分组分化,实现受限机型的合理运用,有效提高机车运用效益。5.分析了机车周转图与列车运行图的编制内容和协调编制流程,并就两个主要协调编制阶段讨论了机车周转图与列车运行图的协调编制方法。在列车运行方案编制阶段,以均衡布点为基础,通过设计反馈调整方法来协调各折返站之间的机车接续；在列车运行图编制阶段,以紧交路条件下的机车周转图编制算法为基础,提出了基于机车运用优化的列车运行图反馈调整方案编制方法。6.在机车周转图编制业务进行需求分析的基础上,对机车周转图编制系统进行了设计,包括系统的功能结构设计、数据设计、功能界面设计等。结合机车周转图与列车运行图业务协调需求,对机车周转图与列车运行图编制进行了系统协同设计。机车是铁路运输的牵引动力,机车运用计划的编制质量是列车运行秩序和运输组织安全的重要保证,论文中机车周转图编制理论和系统设计两个方面的研究成果,基本涵盖了现有的机车周转图编制工作的主要内容。论文提出的机车顺次接续特征和单一机型、多机型机车周转图编制问题的优化方法为机车周转图编制提供了理论基础；论文提出的机车周转图与列车运行图协调方法、机车周转图编制系统设计方法将有利于提高机车周转图和列车运行图的编制效率和编制质量,进而提高铁路运输计划的编制水平,因此,本论文的研究对于我国铁路机车运用与管理工作具有一定的理论和实际意义。