Введение к работе
Актуальность проблемы. Федеральная целевая программа «Модернизации транспортной системы России» содержит, в качестве одной из важнейших задач первоочередных инвестиционных проектов, проблему «создания системы сбора и обработки статистической информации по транспортному комплексу», что обеспечивается успешной информатизацией отрасли и развитием новых технологий, базирующихся на интеллектуализации алгоритмов и процедур моделирования, принятия решений и управления.
В полной мере сказанное касается важнейших составляющих транспортного комплекса страны: сортировочных горок (СГ) сортировочных станций. Они крайне нуждаются в современной системе сбора и обработки информации, не только статистической, но и экспертной, для анализа текущего состояния, прогноза будущего развития и оперативного управления.
Стратегическая идея развития отрасли – инновации, обеспечивающие качество и производительность работы объектов автоматизации в соответствии с требованиями рынка транспортных услуг. В данной работе предлагается решение проблемы через создание системы интеллектуального мониторинга. Интеллектуальность понимается, как способность системы адекватно реагировать на внешние и внутренние возмущения, сохраняя основные параметры технологического процесса, адаптироваться к внешним условиям и обеспечивать оперативное принятие адекватных решений.
Интеллектуальность функционирования СГ обеспечивается наличием:
системы разноуровневых и разноплановых моделей процессов расформирования поездов и процедур принятия решений;
совокупности критериев, определяющих стратегические и тактические направления развития отрасли в целом и объекта автоматизации, в частности;
специальных технологий обработки информации.
Базовым математическим аппаратом синтеза системы мониторинга сортировочных процессов определены: теория массового обслуживания (ТМО), теория информации, статистические процедуры оценки экспертного опыта.
Модель ТМО позволяет «проиграть» варианты развития процессов расформирования составов при различных условиях функционирования. Для заблаговременной подготовки решений, при заданных критериях разработаны модели и методики отимизации параметров управления отдельными стадиями технологического процесса.
Рассмотренные выше вопросы активно разрабатываются в научной, методической, нормативной литературе.
Степень разработанности проблемы.
Теоретической основой разработки послужили труды учёных и специалистов, объединенных научной школой д.т.н. профессора В.Н. Иванченко: А.В. Вершинина, А.Г. Кулькина, Л.П. Кузнецова, Н.Н. Лябаха, Ю.А. Самойленко, А.А. Сепетого, А.Е. Федорчука, А.Н. Шабельникова. Разрабатываемые в данной диссертации вопросы учитывают опыт работы созданных ими систем: КГМ РИИЖТ, ЛИУК ПП и ПО, КСАУ КС, АРМ ШН и др.
Проблемы развития железнодорожного транспорта, ориентирующие разработчиков на поиск инноваций, учет экономических критериев поставлены и освещены в многочисленных работах С.Е. Ададурова, В.А. Гапановича, В.М. Кайнова, В.И. Колесникова, В.А. Шарова, В.И. Якунина.
Решению важных теоретических и практических вопросов создания современной технологии управления, исследования и моделирования сложных объектов и процессов анализа и синтеза устройств автоматики и телемеханики, разработки микропроцессорных систем, их программного обеспечения и диагностики, формирования технической политики и стратегии дальнейшего развития АСУЖТ, начиная с 1980 г., посвящены работы В.И. Апатцева, В.С. Аркатова, В.А. Буянова, А.Н. Гуды, И.Е. Дмитренко, И.Д. Долгого, Ю.И. Жаркова, В.Н. Иванченко, С.М. Ковалева, Ю.А. Кравцова, В.М. Лисенкова, Н.Н. Лябаха, В.В. Сапожникова, Вл.В. Сапожникова, Е.М. Тишкина, Л.П. Тулупова, В.И. Шаманова, В.И. Шелухина, А.В. Шилейко и других ученых.
Проблемы горочной автоматизации подробно исследованы Ю.Г. Боровковым, В.Н. Иванченко, Н.А. Никифоровым, А.Г. Савицким, Е.М. Тишкиным, Н.М. Фонаревым, В.И. Шелухиным и другими.
Мониторингу сложных систем на транспорте, в рамках исследуемой темы, посвящены работы Е.Н. Розенберга, И.Н. Розенберга, А.Е. Федорчука.
Построение формальных описаний процессов расформирования-формирования поездов на СГ, разработка методов планирования и управления объектом исследования осуществлялись на основе трудов Л.С. Берштейна, Е.С. Вентцель, А.Н. Гуды, Л. Заде, В.А. Ивницкого, С.М. Ковалева, А.Н. Мелихова, А.И. Орлова, Г. Поттгоффа, С.И. Родзина, Л.П. Тулупова и др.
В настоящей работе анализируются и развиваются также различные подходы к интеллектуализации сортировочных процессов (СП), изложенные в работах М.А. Бутаковой, В.Н. Иванченко, Н.Н. Лябаха, В.Н. Соколова, А.Н. Шабельникова, и др.
Вместе с тем, практическая реализация предлагаемых в анализируемых источниках методов описания технологических процессов на СГ, задача определения оптимального режима функционирования объекта требуют адаптации имеющихся теоретических и методических результатов, разработки технического и алгоритмического обеспечения, применения формализованных процедур моделирования и принятия решений.
В настоящее время отсутствует общая методология построения систем мониторинга СП. Это определило цель и задачи диссертационного исследования.
Цель диссертационного исследования – развитие технологии и разработка средств мониторинга, выявляющих данные предыдущего, текущего и прогнозного состояния системы, формирование принципов и методов поддержки принятия решений в системах управления сортировочным процессом.
Для достижения сформулированной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
дано теоретическое обобщение состояния и перспектив развития систем горочной автоматизации, сформулированы актуальные направления исследования функционирования СГ;
создана многоуровневая структура предоставления информации, обеспечивающая решение задач мониторинга технологического процесса и технических средств;
разработаны имитационные модели и методики расчёта параметров технологического процесса роспуска составов;
развиты и адаптированы к условиям СГ методы информационного обеспечения системы мониторинга;
результаты исследований внедрены в действующие системы автоматизации СГ и учебный процесс.
Объектом исследования является технологический процесс роспуска составов на сортировочной горке.
Предмет исследования: принципы, математические методы и алгоритмы поддержки принятия решений, информационные технологии и технические средства мониторинга. Исследования выполнялись в рамках следующих пунктов паспорта специальности 05.13.06:
8. Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСТПП и другие.
9. Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП и других, включая базы и банки данных и методы их оптимизации.
15. Теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач при построении АСУ широкого назначения (АСУТП, АСУП, АСТПП и других).
Положения, выносимые на защиту:
-
Структура средств мониторинга технологического процесса СГ и взаимодействия с системами технической диагностики и мониторинга (ТДМ) внешнего уровня.
-
Модели мониторинга СГ и методики расчета параметров потоков, представленные как системы и сеть массового обслуживания.
-
Метод измерения и расчета динамических параметров скатывающихся отцепов.
-
Методика определения скоростей движения отцепов по путям сортировочного парка с контролем адекватности результатов в реальном времени.
Научная новизна исследований:
-
Разработана многоуровневая структура средств мониторинга технологического процесса расформирования составов и диагностики технических средств.
-
Развита технология моделирования сортировочных процессов на основе методов теории массового обслуживания (ТМО), позволившая учесть особенности и обеспечить прогноз предельных возможностей сортировочной горки.
-
Разработана имитационная модель роспуска составов в виде вероятностного графа передач СеМО, позволившая оптимизировать параметры сортировочного процесса.
-
Предложены методы измерения и расчёта параметров динамической модели роспуска составов.
Теоретико-методологической основой диссертационного исследования явились научные труды отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме, специалистов по управлению сложными (нестационарными, зашумленными) объектами, функционирующими в условиях дефицита времени и информации.
В данном диссертационном исследовании использовались принципы системного (структурно-функционального) и сравнительного анализов, методы моделирования технологических процессов на основе математического аппарата теории массового обслуживания, динамическое моделирование, обеспечивающее реализацию сценарного подхода к управлению СП.
Информационно-эмпирической базой исследования послужили данные, полученные в результате мониторинга автоматизированных сортировочных горок станций Бекасово-Сортировочное Московской железной дороги, Инская и Входная Западно-Сибирской железной дороги, Красноярск-Восточный Красноярской железной доорги, Челябинск-Главный Южно-Уральской железной дороги, Тайшет Восточно-Сибирской железной дороги.
Теоретическая ценность диссертационного исследования определяется направленностью её теоретических результатов на развитие технологии, совершенствование методов, моделей и алгоритмов мониторинга сложных динамических процессов автоматизации роспуска составов, которые могут быть использованы в иных аналогичных системах управления на железнодорожном транспорте.
Практическая значимость работы состоит в том, что её основные методологические и методические выводы не ограничены рамками примеров, приведенных в работе, их можно использовать в различных системах автоматизации технологических процессов.
Основные научные результаты внедрены на следующих объектах автоматизации: станция Входная Западно-Сибирской железной дороги, станция Красноярск-Восточный Красноярской железной доорги, а также в учебном процессе РГУПС. Акты о внедрении результатов приведены в приложении к диссертации.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры «Информатика» РГУПС, конференциях профессорско-преподавательского состава РГУПС в 2004-2007 годах, на 4-й международной научно-практической конференции «ТелеКомТранс-2006», г. Сочи, 2006 г., конференции «Нечеткие системы и мягкие вычисления», г. Тверь, 2006 г.
Результаты диссертационного исследования внедрены в системы информационного обеспечения отрасли: контрольно-диагностический комплекс станционных устройств горочной автоматической централизации (КДК СУ ГАЦ), подсистему поддержки принятия решений для оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки в составе КДК СУ ГАЦ (СППР КДК СУ) и в учебный процесс РГУПС по подготовке специалистов на совместных с РостФ ВНИИАС курсах.
Публикации по теме. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах, общим объемом 5,62 п. л., в том числе авторских 2,28 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация имеет традиционную структуру и состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений. Она содержит 199 стр. машинописного текста, 66 рисунков, 10 таблиц и библиографию из 142 наименований.
Похожие диссертации на Развитие технологии и разработка средств мониторинга функционирования систем автоматизации сортировочных процессов
