Содержание к диссертации
Введение
1. Об зор состояния и тенденции развития автоматизированных систем управления на железнодорожном транспорте 8
1.1. Исторический обзор отечественного опыта 8
1.2. Опыт адаптации автоматизированных методов и технологий в системе управления вагонными парками 27
1.3. Зарубежный опыт 36
1.4. Недостатки существующей технологии автоматизированного управления вагонным парком по результатам автоматизированного анализа 41
2. Анализ оборота вагона и выявление факторов, влияющих на его изменение 52
2.1. Постановка задачи 52
2.2. Методика факторного анализа оборота вагона 55
3. Модель управления качеством грузовых перевозок на железных дорогах 65
3.1. Выбор и обоснование математического метода анализа и управления качеством перевозок 65
3.2. Анализ и управление приращением показателей (на примере среднего веса поезда (нетто)) 72
3.3. Анализ и управление приращением среднего оборота грузового вагона 74
3.4. Управление приращением качественных показателей работы (общий случай) 79
3.5. Увеличение среднего веса поезда с учетом выделенных инвестиций (нетто) 83
3.6. Оптимальная стратегия ускорения оборота грузового вагона с учетом выделенных инвестиций 86
4. Оптимизация управления приращениями основных показателей качества работы железнодорожного транспорта 90
4.1. Оптимальное управление приращением первого порядка для одного показателя 90
4.2. Оптимальное управление приращением второго порядка для одного показателя 93
4.3. Определение функций стоимостных затрат 96
Заключение 98
Список литературы 101
Приложения 104
- Опыт адаптации автоматизированных методов и технологий в системе управления вагонными парками
- Недостатки существующей технологии автоматизированного управления вагонным парком по результатам автоматизированного анализа
- Выбор и обоснование математического метода анализа и управления качеством перевозок
- Оптимальное управление приращением первого порядка для одного показателя
Введение к работе
Федеральный железнодорожный транспорт является важнейшей составляющей транспортной системы страны. На его долю приходится свыше 80% внутреннего грузооборота и более 43% пассажирооборота. Железные дороги несут главную нагрузку по транспортировке таких грузов, как уголь, руда, черные металлы, лесные грузы, удобрения, перевозят треть нефтепродуктов, товары народного потребления перевозятся в контейнерах и крытых вагонах.
Железнодорожный транспорт - это одна из самых сложных производственных систем в стране: 800 тыс. грузовых и 260 тыс. пассажирских вагонов перемещаются 22 тыс. локомотивами по магистралям, общей протяженность 85 тыс. км., 3,5 тыс. железнодорожных станций осуществляют сортировку вагонов, погрузку и выгрузку грузов, посадку и высадку пассажиров. Здесь трудится 1 млн. 300 тыс. работников разных специальностей.
Для обеспечения управления такой системой создана достаточно сложная информационная среда. Для получения адекватной информационной модели перевозочного процесса необходимо в реальном времени собирать и обрабатывать информацию, непрерывно поступающую более, чем от 20 тыс. АРМ и 15 тыс. устройств автоматики по всей стране. Только терминальных ЭВМ класса «персоналки» на железнодорожном транспорте функционирует более 130 тысяч.
Объем передаваемой и обрабатываемой информации существенно вырос за последнее время. В Министерстве путей сообщения построена масштабная телекоммуникационная сеть. В ее основе -оптоволоконная магистраль большой пропускной способности, дублируемая системой спутниковой связи.
Основу вычислительных ресурсов ГВЦ МПС составляют мэйнфреймы IBM 9672 под управлением OS/390. Все данные размещаются на нескольких
дисковых массивах общей емкостью более 4 Тбайт. Более 10 Тбайт отведено
на архивную память в роботизированных комплексах.
Требования по производительности вычислительных комплексов и
объему их памяти непрерывно растут. Так - совокупная процессорная
мощность за последние 4 года увеличилась в 2,9 раза, а общий объем
дисковой памяти - в 5,9 раз.
Базу для функционирования большинства информационных систем составляет повагонная модель перевозочного процесса ДИСПАРК. В модели ведется мониторинг по десяткам параметров о вагоне, его дислокации, состоянии и выполняемых с ним операциях. Информация поступает с множества АРМов и непосредственно с устройств автоматики. На базе ДИСПАРК реализован взаимосвязанный комплекс информационных технологий, в том числе:
управление национальным парком вагонов;
контроль эффективности работы выделенных родов подвижного состава;
мониторинг использования вагонов стран СНГ и Балтии в России и российских вагонов в этих странах;
мониторинг и обеспечение условий работы арендованных и собственных вагонов компаний-операторов;
обеспечение эффективной системы ремонта вагонов, не по стандартным временным интервалам, как было ранее, а по реальному пробегу. При этом реализовано рациональное распределение вагонов по ремонтным предприятиям в зависимости от места нахождения вагонов, их типа, вида ремонта и очереди на ремонт;
контроль за соблюдением сроков доставки грузов с упреждающим управлением;
привязка вагонов к заявкам на перевозку с учетом расположения вагонов, их типа и характера заявок;
- контроль за вагонами на подъездных путях более 20 тысяч предприятий и
другие.
6 Развитая система автоматизированного мониторинга и системы поддержки принятия решений для диспетчеров разного уровня позволили создать новую, динамичную и более эффективную технологию управления вагонным паком. Важным свойством системы является адекватное отражение в вагонных моделях показателей качества работы вагонного парка. В настоящее время качество использования парка грузовых вагонов определяется двумя основными измерителями: оборотом и среднесуточным пробегом вагона. В данной работе предлагаются новые методические решения по расчету и анализу указанных показателей средствами АСУ, что и является конечной целью данной работы.
Одна из важнейших задач управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте Российской Федерации своевременная доставка и строгий контроль за состоянием и перемещением вагонов на дорогах и сети в целом при наименьших затратах перевозимых грузов и удовлетворения растущего спроса на услуги железнодорожного транспорта.
Причем, особое внимание обращается на повышение экономической эффективности работы железнодорожного транспорта, совершенствование организации эксплуатационной работы и ускорения оборота вагона.
Иными словами, чем больше количества груза будет перевезено и, чем чаще будут выполняться перевозки больших объемов, тем выше мы будем иметь доход; чем меньше затраты, тем ниже эксплуатационные расходы и, как результат, достигается максимальная прибыль [9].
В пору века высоких информационных технологий железнодорожный транспорт, проводя постоянный мониторинг в сферах принципиально новых технологических решений, важную роль отводит расширению эффективного использования средств вычислительной техники. Железнодорожный транспорт России все чаще сталкивается с проблемами самого разного характера: разработок комплексов современных
информационных технологий, формирования информационного пространства, реализации планов развития автоматизированных систем и их внедрения.
Внедрение принципиально новых технологических решений во все сферы деятельности железнодорожного транспорта и повышения устойчивости его работы -одна из главных стратегических задач развития отрасли: появилась реальная возможность полного перехода на централизованное управление всем комплексом перевозок и транспортных услуг. Необходимость такого шага диктуют не только стремительный рост достижений цивилизации, не только моральное старение прежних методик и систем управления, но и огромные расстояния, различные часовые пояса, через которые проходят российские железные дороги.
1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
Опыт адаптации автоматизированных методов и технологий в системе управления вагонными парками
После раздела вагонного парка СССР между государствами СНГ и Балтии ситуация, сложившаяся в совместном использовании грузовых вагонов требовала срочных и скоординированных действий. Данные переписи в мае 1995 года свидетельствовали о том, что парк вагонов стареет и сокращается, приобретается новых явно недостаточно. Постоянно растет доля неисправных вагонов. В мае 1995 года она составляла 24%. Эта перепись выявила 325 тысяч вагонов с просроченными сроками деповского и 42,6 тысячи - капитального ремонта. Поэтому ситуация с неисправными вагонами и вагонами, не охваченными плановыми видами ремонта, становилась критической. Назрела необходимость изменить практику использования вагонов. Главная цель — уйти от обезлички и бесхозяйственности, создать экономические рычаги, побуждающие собственника вагонов вкладывать необходимые средства в их оздоровление. Для этого нужно было отказаться от взаиморасчетов за превышение установленной квоты, перейти на расчеты за использование каждого вагона - собственности других государств.
Система пономерных расчетов за пользование «чужими» вагонами должна была стать эффективным экономическим механизмом, при котором железнодорожные администрации во внутригосударственных перевозках будут стремиться к использованию собственного вагонного парка, а в межгосударственном сообщении руководствоваться правилом приближения выгруженного вагона к собственнику.
Начали разработку и внедрение автоматизированной системы управления парком с вагонов, принадлежащих предприятиям. Ее разработка и внедрение были осуществлены за один год. Сначала создали электронную картотеку собственных вагонов, включающую сведения о каждом из них: его принадлежность, дорога приписки, тип, род, год постройки, разрешенный полигон обращения и др. Если вагон отсутствовал в картотеке, ему запрещался выход на магистральные пути. В первые дни эксплуатации системы ежесуточно насчитывалось более 12 тысяч таких вагонов-«призраков», затем число их сократилось в 30 раз, до конца 1995 года остались единицы. Только за один 1999 г. было перенумеровано около 1800 вагонов двойников.
Таким образом, была решена очень важная проблема автоматической идентификации этого вида подвижного состава, а затем и слежения за ним. Это была как бы проверка возможностей для перехода к более сложной системе — автоматизированному управлению всем инвентарным парком вагонов.
Второй этап заключался в том, чтобы осуществить слежение за каждым вагоном, где бы он ни находился: в поезде, на станционных или подъездных путях, а также за всеми операциями, которые выполняются с вагоном в пути следования.
На втором этапе была создана база данных о вагоне с очень высокой степенью детализации сведений по техническим, технологическим и географическим признакам в реальном масштабе времени.
На этой основе ставилась задача создания и реализации высокоэффективной дорожно-сетевой технологии оперативного управления вагонным парком, которая должна включать следующие тематические разделы: управление погрузочными ресурсами в целях достижения максимальной погрузки; дислокация парка и слежение за вагонами и грузами; контроль и анализ наличия груженых вагонов по направлениям и назначениям; работа вагонного парка и выполнение регулировочных заданий; анализ эксплуатационной работы железных дорог и их подразделений; оперативный анализ технического состояния вагонного парка, а также деятельности предприятий вагонного хозяйства.
Функции третьего этапа будут связаны поистине с революционным преобразованием методов управления эксплуатационной работой в целом, в первую очередь на дорожном уровне. К этому времени к системе будут подключены АРМ товарных кассиров на линейном уровне, система «Интегрированной обработки дорожной ведомости» (погрузка, выгрузка) на дорожном и сетевом уровне, Центры фирменного транспортного обслуживания, создана единая информационно-управляющая система на всех уровнях, включая грузовладельцев.
Кроме функций учета, контроля, анализа, реализация диалоговых процедур и мотивации управляющих воздействий, будут реализованы функции оперативного прогнозирования производственных ситуаций и дорожно-сетевых сценариев работы вагонного парка на ближайшее время и на несколько суток вперед, а также методы оптимального регулирования погрузочными ресурсами.
Планируется, что функции четвертого этапа будут связаны в основном с коренным преобразованием существующей системы подготовки и перемещения перевозочных документов и создания на этой основе более гибкой, достоверной и мобильной системы денежного обращения и расчетов за выполненные перевозки.
Речь идет о разработке и применении новых технологий подготовки перевозочных документов (вагонная ведомость, вагонный лист, накладная и др.) на специальном пластиковом носителе размером 8 х 5 х 0,08 см, в который вмонтирована микросхема. На эту карту помещаются все сведения о вагоне и грузе. Они полностью защищены от несанкционированного доступа, не требуют, кроме небольших приставок к имеющимся персональным ЭВМ, дополнительной аппаратуры, допускают не менее 10 тысяч раз перезаписи, выпускаются серийно, обрабатываются по любым показателям, включая автоматические расчеты за перевозки без участия человека.
Кроме того, к этому времени на Российских железных дорогах будет задействована система автоматической идентификации подвижного состава, которая будет питать систему ДИСПАРК точной информацией автоматическим путём.
Недостатки существующей технологии автоматизированного управления вагонным парком по результатам автоматизированного анализа
Пономерное слежение за вагонами инвентарного парка МПС в реальном масштабе времени с учетом места дислокации, состояния и принадлежности каждого вагона, интегральная обработка этих сведений с гибким инструментом изменения параметров анализа и временных срезов осуществляется по сети в целом и на железных дорогах с июля 2000 г.
За это время удалось реализовать новый механизм управления вагонным парком в части контроля: качества использования «чужих» вагонов, соблюдения сроков доставки грузов, дислокации и продвижения порожних вагонов к местам массовой погрузки, сроков межремонтного пробега вагонов, вагонов резерва и запаса МПС, качества ремонта неисправных вагонов за работой парка вагонов непосредственно принадлежащих МПС, арендованного и собственного подвижного состава, а также парка других государств СНГ и Балтии.
Внедрение указанных технологий в промышленную эксплуатацию дало значительный производственный эффект, который выразился в частности в том, что в 1,5 раза уменьшились штрафы за превышение сроков доставки грузов (эта сумма составляла свыше 360 млн. рублей в год); возросли по отдельным родам от 18 % до 70 % межремонтные пробеги вагонов, что привело к сокращению объёмов их ремонта в среднем по сети на 20 % и экономии эксплуатационных расходов по вагонному хозяйству в размере около 700 млн. рублей значительно ускорился в 2003 г. оборот грузового вагона.
Вместе с тем, как показывает анализ, на ряде железных дорог далеко не полностью выявлены и используются резервы погрузочных ресурсов. Анализ проводился в два этапа: июль - август и сентябрь — октябрь 2001 г.
По состоянию на 30.08.2001 г. на сети РЖД число порожних вагонов рабочего парка, не выполнивших ни одной грузовой операции в течение 20 суток, составило 21 тыс. Из них находились в движении (перемещались между дорогами) - 7,4 тыс., а не выходили за пределы дорог- 13,6 тыс. порожних вагонов. Количество российских вагонов, совершивших только одну погрузку в июле и только одну погрузку в августе 2001 г., составило соответственно 80 и 86,8 тыс. вагонов. Данные по основным родам подвижного состава приведены в табл. 1.1. Таким образом, более 100 тыс. вагонов рабочего парка МПС не завершили в июле и августе с.г. ни одного полного оборота в их числе около 26 тыс. полувагонов. Если к этому добавить, что по состоянию на 29.07.2001 г. 2213 вагонов рабочего парка РЖД не использовались под погрузку более 2-х месяцев, 3147 - от трех до шести месяцев и 1172 вагонов от 6 до 12 месяцев, то станет ясно, что функция контроля над указанным процессом в значительной мере была утеряна на отдельных железных дорогах: Октябрьской, Северной, Юго-Восточной и др. Одной из основных причин неудовлетворительной работы вагонного парка является низкое качество регулирования порожних вагонов. Анализ, проведенный по состоянию на 30.08.2001 г. относительно времени нахождения вагонов рабочего парка в порожнем состоянии от 5 и более суток приведен в табл. 1.2 . Как видно из табл. 1.2, 26 тыс. порожних вагонов находилось на дорогах от 5 до 20 и более суток без работы, в т.ч. после операций выгрузки до отправления - 8,7 тыс. ваг., после ремонта и подготовки вагонов к погрузке -3,5 тыс. ваг., 5,5 тыс. порожних вагонов ждали в среднем по 12 суток перечисления в нерабочий парк , 8,6 тыс. вагонов простаивали в ожидании погрузки. Если из общего числа порожних вагонов на указанный момент времени 30.08.2001 г. выделить только полувагоны и цистерны, то их число, соответственно, составило — 700 полувагонов и 650 цистерн, которые находились на железных дорогах более 20 суток без работы. Работа вагонного парка в сентябре - октябре 2001 г., как видно из приведенных ниже данных, качественно не улучшилось. За указанный период количество вагонов рабочего парка МПС РФ не совершивших ни одной грузовой операции составило 16,6 тыс. вагонов, в т.ч.: крытых - 1,6 тыс., платформ - 4,6 тыс., полувагонов - 2,4 тыс., цистерн - 2,6 тыс., рефрижераторов -1,4 тыс., прочие — 3,9 тыс. вагонов. Количество российских вагонов, совершивших только одну погрузку возросло в сентябре до 170 тыс., т.е. практически в два раза, в том числе полувагонов до 48,1 тыс., т.е. на 87%, цистерн - до 56,6 тыс., т.е. в 3,5 раза по сравнению с августом месяцем. В октябре наметилась тенденция к снижению этого показателя, однако, качество работы основных родов подвижного состава оставалось низким.
Выбор и обоснование математического метода анализа и управления качеством перевозок
Как было отмечено ранее, в конце 2002 г. и в 2003 г. наметилась тенденция к ускорению оборота вагона на сети РЖД. Чтобы закрепить эту тенденцию необходимо периодически проводить системный анализ, своевременно выявляя и контролируя изменения каждого показателя.
На железных дорогах и отделениях оборот вагона различен для различных потоков: транзитный, местный, порожний и др. Поэтому целесообразно рассмотреть оборот вагона по каждому отдельному циклу его оборота, как это показано на рис. 1. Транзитные груженые вагоны - от приема до сдачи в груженом состоянии; 2. Груженые вагоны, поступающие под выгрузку и сдаваемые после нее, - от приема в груженом со стоянии до сдачи в порожнем состоянии; 3. Груженые вагоны, поступающие под выгрузку и используемые затем для погрузки, - от приема в груженом состоянии до погрузки; 4. Вагоны, загруженные после выгрузки на этом же подразделении, вновь выгруженные и погруженные - от погрузки до следующей погрузки; 5. Принятые порожние вагоны, затем загруженные, выгруженные и вновь загруженные, - от приема в порожнем состоянии до следующей погрузки; 6. Вагоны, загруженные после выгрузки на этом же подразделении, вновь выгруженные и сдаваемые в порожнем состоянии, - от погрузки до сдачи в порожнем состоянии; 7.Принятые порожние вагоны, затем загруженные, выгруженные и сдаваемые в порожнем состоянии, - от приема в порожнем состоянии до сдачи в порожнем состоянии; 8.Вагоны загруженные после выгрузки на этом же подразделении и сдаваемые после погрузки, - от погрузки до сдачи в груженом состоянии; 9. Вагоны, принятые в порожнем состоянии, погруженные и после этого сдаваемые, - от приема в порожнем состоянии до сдачи в груженом; 10. Транзитные порожние вагоны — приема до сдачи в порожнем состоянии. Средневзвешенное значение этих циклов работы вагонов (за вычетом пребывания в нерабочем парке или за балансом) и представляет собой общий оборот вагона для дороги или отделения. Для более полного анализа качества использования вагонов грузового парка и технических средств железнодорожного транспорта оборот вагона расчленяют на несколько элементов. В рамках системы ДИСПАРК на базе пономерного учета работы каждого вагона можно обеспечить расчет следующих элементов (частей) оборота вагона: в поездах на участках — время нахождения вагонов в период оборота в поездах на перегонах и на промежуточных станциях; на технических станциях - время нахождения транзитных вагонов в течение оборота на участковых и сортировочных станциях; дополнительно оно разделяется на два элемента — время нахождения на технических станциях без переработки и на технических станциях с переработкой; на станциях погрузки и выгрузки — часть времени оборота, составляющая простой вагона на станциях погрузки и выгрузки. Кроме того, для эффективного использования вагонов необходимо выявлять, за счет чего не выполняется или перевыполняется норма оборота; для этого надо рассчитывать не только общий оборот, но и оборот вагонов в разных состояниях — порожнем, груженом, транзитном и т. д. В рамках системы ДИСПАРК выделен также расчет оборота порожнего вагона, с местным грузом и транзитного вагона. В качестве показателя работы железнодорожного транспорта в части грузовых перевозок используется средний оборот грузового вагона 0 за год, который представляет собой оборот вагона, усредненный по всем циклам его работы за год и по всем вагонам. Средний оборот грузового вагона определяется для вагонов рабочего парка. Средний оборот грузового вагона 0 является интегральным показателем работы железнодорожного транспорта в части грузовых перевозок. В силу этого средний оборот вагона 0 весьма важен при анализе и оценке работы железнодорожного транспорта. В дальнейшем под оборотом вагона будем понимать средний оборот вагона . В настоящее время проблема ускорения оборота вагона стала чрезвычайно актуальной. Это связано наряду с тем, что ускорение оборота вагона влечет за собой сокращение эксплуатационных расходов и уменьшение себестоимости перевозок, также и с прочими причинами. Реальному ускорению оборота вагона должен предшествовать анализ факторов, влияющих на него, затраты на их изменение в нужную сторону, решение оптимальной задачи по достижению заданного ускорения оборота вагона с минимальными затратами.
Оптимальное управление приращением первого порядка для одного показателя
В работе получены следующие основные результаты и выводы: 1. На основании анализа отечественного и зарубежного опыта в облас ти управления технологическими процессами и производствами показана необ ходимость разработки и перспективность использования системы показателей, характеризующих качество перевозок грузов на железных дорогах, получаемых за счет автоматизации перевозочного процесса средствами АСУ в реальном масштабе времени. 2. Предложен основной критерий синтеза оптимальной структуры информационного и программного обеспечения СОД РВ в виде максимума производительности системы при заданных эксплуатационных затратах. 3. Как показал анализ, использование действующей методики расчета качественных показателей работы железных дорог не позволяет получить объективную оценку их эксплуатационной деятельности. Так, например, при использовании традиционной методики погрешность при оценке оборота вагона достигает до 10%. 4. Предложен метод автоматизированного анализа оборота вагона и выявления факторов, влияющих на его изменения в зависимости от: потока, в котором продвигается грузовой вагон, места его дислокации, переработки, вы полнения грузовых операций и др. 5. Разработанный метод автоматизированного анализа влияющих фак торов на качество грузовых перевозок позволит выявить функциональные связи между ними и тем самым применять полученные знания при формировании возможных вариантов управления перевозочной деятельностью. Предложенные математические решения широко апробированы на фактическом статистическом материале за последний десятилетний период. 6. Разработана модель управления качеством грузовых перевозок на основе многофакторного анализа, отражающая влияние на оборот вагона как отдельных, так двух и более факторов одновременно. 7. На базе разработанной математической модели предложены методы автоматизированного оптимального управления приращением отдельного каче ственного показателя в зависимости от выделенных инвестиций, что обеспечи вает более эффективное их использование. Приведенные расчеты показывают, что эффект выражается в экономии выделенных средств от 7 до 10%. 8. Использование предложенных автоматизированных оптимальных решений и опытное внедрение результатов позволяет повысить качество перевозочной работы железных дорог (оборот вагона) на первом этапе не менее чем на 3% и при промышленном внедрении до 10%. 9. Реализация работы осуществлена на информационной базе автоматизированной системы управления вагонным парком по внедрению новой методики и расчета показателей оборота вагона для Северной железной дороги и для сети в целом. Внедрение результатов исследования отражены в следующих официальных документах: «Методические материалы по расчету качественных показателей использования вагонного парка на основе пономерного учета его работы в системе «ДИСПАРК» для Российских железных дорог», (утверждена ЦЦ МПС 28.06.2001 г.), «Технология расчета качественных показателей работы вагонных парков на основе пономерного учета», (утверждена ЦД МПС, 27.09.2002 г.), Пересмотр действующих инструкций и инструктивных указаний по учету вагонного парка в связи с переходом на автоматизированный учет по системе ДИСПАРК (Указание МПС от 26.11.02 г. №Н-1115-У), а также в действующих автоматизированных рабочих местах (АРМах) пользователей различных уровней управления: АРМ учета наличия транзитных вагонов по международным стыкам; АРМ контроля за дислокацией вагонов стран СНГ и Балтии; АРМ взаиморасчетов за совместное использование грузовых вагонов; АРМ учета неисправных вагонов и качества их ремонта.
