Содержание к диссертации
Введение
1. Роль и значение информатизации на железнодорожном транспорте 8
1.1. Современное состояние информатизации железных дорог 8
1.2. Анализ методов оценки влияния инвестиций на показатели работы 12
1.3. Анализ моделей применяемых на транспорте 29
Выводы к главе 1 35
2. Теоретические и методические основы расчета эффекта от информатизации с помощью моделей 36
2.1. Экономическая сущность информационного обеспечения 3 6
2.1.1. Влияние информации на управление технологическими процессами 36
2.1.2. Экономические аспекты информационного обеспечения 38
2.2. Влияние информатизации на динамические резервы 42
2.2.1. Управление и динамические резервы 42
2.2.2. Управление однородными потоками 44
2.2.3. Управление разнородными потоками 51
2.2.4. Гибкое взаимодействие производства и транспорта 54
2.3. Факторы, влияющие на величину «информационного эффекта» 60
2.3.1. Влияние случайных процессов 60
2.3.2. Влияние уровня загрузки системы 64
2.3.3. Влияние схемы путевого развития 65
2.3.4. Влияние уровня управления 66
2.4. Выбор моделей в зависимости от влияющих факторов 67
2.4.1. Схемы воздействия факторов на возможный эффект 67
2.4,2.Алгоритмы выбора модели для расчета информационного 67
эффекта
Выводы к главе 2 77
3. Расчет информационного эффекта с помощью имитационной системы ИСТРА 78
3.1. Общая характеристика системы ИСТРА 78
3.2. Отображение схемы путевого развития 80
3.3. Отображение технологического процесса 84
3.4. Моделирование информационных процессов 85
3.4.1. Выбор способа отображения 85
3.4.2. Моделирование информационных процессов и управления SS
3.4.3. Имитация запаздывания информации 93
3.4.4. Имитация искажения информации 93
3.4.5. Имитация потери информации 94
3.4.6. Имитация предварительной информации 95
3.4.7. Перечень результатов моделирования 96
3.5. Влияние на информационный эффект увеличения загрузки вытяжек формирования 98
3.6. Влияние на информационный эффект случайных факторов 111
Выводы к главе 3 117
4. Расчет информационного эффекта на динамической модели управления потоками 118
4.1. Модель оптимизации распределения порожних маршрутов 118
4.1.1. Проблема и выбор модели 118
4.1.2. Формальная постановка задачи 119
4.1.3. Выбор периода расчета 123
4.2. Расчет информационного эффекта на модели 130
Выводы к главе 4 133
Заключение 134
Список литературы
- Анализ методов оценки влияния инвестиций на показатели работы
- Экономические аспекты информационного обеспечения
- Отображение технологического процесса
- Формальная постановка задачи
Введение к работе
В настоящее время существенно меняется характер работы железных дорог. Это вызвано изменением основной задачи. Если раньше это был "пропуск потоков", и исследования посвящались, в основном, повышению пропускной способности участков и перерабатывающей способности сортировочных станций, то теперь задача формулируется как "транспортное обслуживание". Это существенно другая функция, так как в этом случае потери на стыке производство - транспорт относятся на дорогу. Задача "транспортное обслуживание" требует от дороги либо создания резервов путей, вагонов, локомотивов для надежного обеспечения работающего в разных ритмах производства, либо перехода на новую технологию управления грузопотоками. Эффективное управление замещает резервы. Однако новый вид управления требует существенно другой информации. Кроме того, значительно понизилась загрузка железных дорог. Необходимо снижать собственные затраты. Происходит укрупнение объектов управления, а это также изменяет требования к информационным потокам. Эффективное транспортное обслуживание территориально-распределенного производства требует согласованного подвода различных грузов из разных пунктов к получателям. Для этого нужно системное управление грузопотоками и более высокий уровень информационного обеспечения. Рыночная экономика предполагает более высокую динамику производства - изменение производственных программ, изменение структуры и интенсивности транспортных связей. Для железных дорог это означает более высокую управляемость технологического процесса. Это также требует более совершенного информационного обеспечения.
Опыт работы железных дорог развитых стран подтверждает высказанные положения. Так железные дороги США широко используют системы планирования, контроля и управления перевозками. Планирование подразделяется на стратегическое и тактическое. Для стратегического система содержит подробную базу данных практически обо всех сетях железных дорог
США, Канады, Мексики, Дании, Китая, бывшего СССР, а также об автомобильных дорогах США и Канады, о водных путях, сети морских путей и портов США, мировой сети авиалиний и аэропортов. Эта база используется для укрупненной рационализации работы сети путей сообщения. Модель тактического планирования составляет планы формирования и графики движения поездов в конкретной ситуации, а также обеспечения поездов локомотивами, и это требует ввода большого объема точной информации о перевозках.
На железных дорогах США лишь часть грузовых перевозок осуществляется в соответствии с графиком, большинство же - в режиме удовлетворения текущего спроса. Многие поезда курсируют нерегулярно. Существует постоянная потребность в пересчете плана формирования, графика движения, обеспечения локомотивами и др. Это предъявляет высокие требования к полноте, оперативности и надежности информации.
На наших железных дорогах уделяется серьезное значение информатизации. Декабрьская (1995 г.) Коллегия МПС определила на период 1996-2000 г. г. как приоритетное направление в совершенствовании работы железнодорожного транспорта - создание и внедрение высокоэффективных информационных технологий, развитие связи и телекоммуникаций, системы фирменного транспортного обслуживания. Однако это требует серьезных капиталовложений, и нужно уметь оценивать их эффективность.
Опыт внедрения различного рода информационных и управляющих систем у нас и за рубежом показывает, что расчетная эффективность редко совпадает с реальной. Железнодорожные объекты имеют ряд особенностей, затрудняющих оценку будущих показателей работы при изменении тех или иных факторов: - сильная связность. Отдельные устройства и технологические операции сильно связаны между собой. Изменение характера работы одних устройств влечет за собой изменение других; влияние случайных факторов. Взаимодействие случайных процессов приводит к результату, который трудно предсказать непосредственно; влияние управления. Изменение характера работы и состояния транспортного объекта приводит к изменению управления; влияние сложной структуры. Схема путевого развития имеет качественные особенности, которые влияют на показатели работы.
Затраты на серьезную информатизацию значительны. Необходимо уметь достаточно точно оценивать экономический эффект. Исследование существующих подходов позволяет заключить, что методики посвящены в основном денежной оценке эффекта от сокращения числа путей, локомотивов, вагоно-часов простоя и т.п. Анализ экономического обоснования научных работ показал, что имеют место весьма упрощенные подходы для определения этих натуральных показателей. Представляется, что важное значение имеет разработка методической основы расчета самого изменения последних в результате повышения уровня информатизации. Успех здесь во многом зависит и от выбора математической модели. Противоречивые требования, выдвигаемые самой природой сложных транспортных систем, указывают на необходимость использования разнообразных моделей.
В диссертации предлагается рассмотреть экономические аспекты информатизации на железнодорожном транспорте и разработать методологические и методические основы для оценки ее эффективности. Для этого предлагается предложить классификацию влияющих факторов, методику их учета при расчете конечного эффекта, разработать методику использования моделей различного класса для расчета ожидаемого изменения натуральных показателей работ тех или иных систем железнодорожного транспорта при повышении уровня информатизации, показать применение предлагаемых методических подходов для различных железнодорожных объектов.
Анализ методов оценки влияния инвестиций на показатели работы
В каждой науке есть области исследований, которые постоянно находятся в центре внимания. В экономике в целом и экономике транспорта в частности к таким "вечным" проблемам относятся исследования эффективности капитальных вложений, внедрение новой техники, организации и технологии. В последние 50 лет лидерами в исследовании этой проблемы являлись ученые МИИТа / б /. Так, сразу после окончания Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. в МИИТе коллективом под руководством Т.С. Хачатурова была разработана Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений / 7 /. На базе Типовой методики в отраслях народного хозяйства, в том числе на транспорте, были разработаны отраслевые инструкции / 8, 9, 10, 11 /. После ухода Т.С. Хачатурова в МГУ возглавил эту работу А.Е. Гибшман /12 /. Он привлек для участия специалистов ряда кафедр МИИТа, ЦНИИ МПС. В результате этим коллективом была подготовлена, утверждена МПС и опубликована отраслевая инструкция. После ухода А.Е. Гибшмана из МИИТа возглавил эту работу И.В. Белов /13, 14 /.
Разработка проблемы была на подъеме. По ней успешно работали А.А. Смехов - в области оценки эффективности мероприятий на грузовых станциях и перегрузочных устройствах; в области оценки качественных показателей - Н.Ф. Трихунков, в области оценки эффективности прогрессивных видов тяги - В.А. Дмитриев, в области пути и строительства - В.Я. Шульга, в области оценки эффективности проектирования новых линий - Б. А. Волков и др.
Учеными ЛИИЖТа (кафедра "Экономика транспорта") / 15 / была проведена оценка экономической эффективности автоматизации оперативного управления эксгогуатационной работы отделения дороги. При расчете экономического эффекта от автоматизации были учтены помимо экономических показателей (коэффициента эффективности капитальных вложений, расходных ставок по различным видам затрат) потери вагоно-, локомотиво-, поездо-часов и километров, а также вероятностные величины, характеризующие частоту возникновения задержек, ошибок, сбоев, а также надежность управления.
Исходные данные для расчета потерь были получены из анализа итогов деятельности оперативных работников отделения. А данные для расчета дополнительных капитальных и эксплуатационных расходов - из технического проекта и штатного расписания.
Исследователями было отмечено, что при оценке мероприятий, связанных с внедрением средств автоматизации управления перевозочным процессом недостаточно учитывается влияние этих средств на результаты деятельности оперативных работников - диспетчеров службы движения, локомотивной и др.
При оценке экономической эффективности исследователи ЛИИЖТа учитывают: - нормативные величины (ставки, коэффициенты); - видимые прямые потери и выигрыши в виде изменившихся (или предположительно должных измениться) натуральных показателей -часов, км и т.п.; - статистические закономерности; - данные технических проектов.
Таким образом, авторы недостаточно уделяют внимания следующим факторам: - внедрение автоматизации ведет к существенному изменению технологии оперативного управления. То есть исключение одних издержек может "по цепочке" вызывать появление других, ранее не существовавших; - взаимному влиянию различных натуральных показателей друг на друга; - возможности возникновения совершенно новых свойств, как положительных, так и отрицательных.
То есть предложенная методика рассчитана только на проведение прямой, "видимой", оценки эффективности с учетом случайных факторов за счет использования методов теории вероятностей. Но она не позволяет спрогнозировать, смоделировать эффект данной автоматизации, так как не учитывает технологии новой работы, не придает внимания закономерностям изменения тех или иных натуральных показателей. Ведь неправильная оценка этих показателей ведет, в конечном итоге, к неверной экономической оценке нововведений. Недаром самими учеными отмечено, что при оценке недостаточно учтено влияние средств автоматизации на результаты деятельности оперативных работников отделения.
Экономические аспекты информационного обеспечения
Уровень и качество информационного обеспечения влияет на качество решений. Недостатки в информации приводят к неэффективным решениям и экономическим потерям как для самой транспортной системы, так и для обслуживаемого производства.
Надежность транспортных связей. С экономической точки зрения грузовой транспорт создает транспортные связи между производственными предприятиями. Это могут быть как бы внутртЕшроизводственные связи между территориально удаленными производствами, представляющими собой определенные этапы общего производственного цикла, и доставка грузов в сферу распределения. Перевозки - это способ осуществления транспортной связи, это производственный процесс. Результатом являются транспортные связи, с количественной стороны - интенсивность связей (величина потоков) и с качественной - их надежность и эффективность. Регулярность перевозок, сохранность грузов, скорость доставки как раз и характеризуют качественные стороны транспортной связи.
Информационное обеспечение затрагивает в той или иной мере все качественные аспекты транспортной связи и влияет на внешний эффект работы транспорта. Особую роль здесь играет надежность транспортной связи как некий обобщающий показатель. При ненадежных связях взаимосвязанное производство становится рассогласованным и общая производственно-транспортная система - слабо организованной. Предприятия начнут обрастать складами, резервами мощности грузовых фронтов, будут возникать потери производства.
Надежность связи выступает как натуральный качественный показатель. При выборе решения по натуральным и стоимостным показателям возникает многокритериальность и здесь трудно избежать субъективизма. Необходимо найти стоимостной аналог понятию "надежность транспортной связи".
При организации работы по типу транспортного обслуживания потери на стыке "производство-транспорт" относятся на транспортную связь, а не на производство. В общем виде затраты на доставку 1 т. груза с учетом надежности можно записать + ДЭ„ + Еи{кт + кгр + Ак„) , (2.1) где Эте1С - эксплуатационные расходы по доставке 1 т. груза; АЭН - дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с надежностью транспортной связи; Ея - нормативный коэффициент окупаемости; кт - капитальные вложения в технические средства, которые различаются по вариантам; kgp - стоимость грузовой массы на колесах; Аки - дополнительные капитальные вложения для повышения надежности связи.
Дополнительные расходы, связанные с надежностью могут возникать на транспорте, у поставщика и у потребителя. На транспорте - это дополнительные эксплуатационные или капитальные затраты; направленные на повышение надежности (создание резерва транспортных средств, слежение за подвижным составом и т.п.), а у поставщика и потребителя - потери от низкой надежности. Таким образом, дополнительные эксгшуатационные затраты ДЭ„ раскладываются: АЭ„ = АЭ + ДЭГ + ЛЭН" , (2.2 где АЭР - дополнительные эксплуатационные расходы на транспорте, связанные с уровнем надежности связи; ДЭГ-то же, у (Шпигеля; АЭ" - то же, у получателя. Дополнительные капитальные затраты также могут быть на транспорте и на обслуживаемом производстве Акн=Акр + Ак+Ак»н , (2.3) где Ак - дополнительные вложения в резервы технических средств, связь и др. для повышения надежности; Ак, Ак - дополнительные капитальные вложения в резервы складов и перерабатывающей способности грузовых фронтов, вызванные низким уровнем надежности. Понятие надежности обычно связано с понятием отказа. Для рассмотрения надежности как экономической категории введем понятие отказа в экономическом смысле.
Отображение технологического процесса
Технологический процесс работы станции отображается с помощью операций. Операция состоит из записанных в определенном порядке логических и бункерных элементов, С помощью логических элементов в модели отображается схема путевого развитая станции. Бункерные элементы служат для моделирования процессов изменения емкости (например, числа вагонов на пути, грузовом фронте и т.д.), а также для принятия управляющих решений. Операции можно условно разделить на три группы: технологические, информационные и управляющие. Модель нечетной системы станции Свердловск - сортировочный содержит в себе, например, свыше 400 операций.
Операции увязываются в технологический процесс с помощью, так называемой, таблицы взаимосвязи операций. В ней указывается, в какой последовательности выполняются операции и при выполнении каких условий. Условия задаются в виде пределов для состояния технологических элементов:
Информационное обеспечение отражается на эффективности управления.
Поэтому вначале нужно выбрать способ имитации управления. Анализ показывает, что важными чертами диспетчерского управления являются иерархичность и многокритериальность.
Иерархичность,
Непосредственное влияние на очередность и характер выполнения технологических операций оказывают решения только самого нижнего уровня управления (дежурный по станции, дежурный по горке и т.п.). Решения диспетчеров более высокого уровня влияют лишь на условия принятия решения нижнего уровня (рис. 3.8).
Многокръаперуальиостъ.
При принятии решения диспетчер пытается улучшить значение целого ряда параметров. Скажем, на сортировочной станции - уменьшить время нахождения вагона на станции, улучшить использование сортировочной горки и маневровых локомотивов, повысить равномерность формирования поездов по направлениям. В теории управления это могло бы быть представлено в виде ряда критериев и ограничений. Однако для этого нужно было бы четко формализовать критерии и ограничения, то есть установить строгие математические зависимости между величинами. Тем самым была бы искажена действительность. Чтобы потери были минимальными, необходимо сохранить в модели даже форму реальных процессов управления. Крупный специалист в этой области Д.А. Поспелов пишет: "Опыт специалиста в управлении объектами, для которых цели управления выражаются не столько количественными соображениями, сколько качественными формулировками, может быть использован в автоматизированной системе управления только в том виде, в котором он реально зафиксирован" / 89 /.
Исследования показывают, что наиболее близким к реальной картине принятия решений является ситуационное управление.
Ситуационное управление строится следующим образом. В пространстве возможных состояний системы выделяются расчетные ситуации, для которых решения известны (из опыта или рассчитаны заранее). Ситуаций ровно столько, сколько решений. Решения играют роль операторов преобразования ситуаций. В таблице решений входной строкой является ситуация, а выходным столбцом -решение. Если на пересечении строки и столбца стоит единица, то решение соответствует ситуации, в противном случае в клетке стоит - ноль. Число состояний (микроситуаций), входящих в одну ситуацию, по которой принимается решение, в сложных системах составляет миллион и более. В / 90 / утверждается, что в железнодорожном узле число возможных состояний превышает 2100, тогда как число решений не превышает тысячи. Если изменилось состояние системы, то проверяется, не изменилась ли ситуация, то есть не требуется ли принимать новое решение. Для этого существует специальный аппарат укрупнения ситуаций и "сведения" конкретного состояния модели к одной из ситуаций. Если ситуация изменилась, то принимается новое решение. Таким образом, для реализации на ЭВМ ситуационного управления необходимо задать: - язык описания ситуаций; - алгоритм сведения состояния системы к одной из ситуаций; - набор расчетных ситуаций; - набор управляющих решений.
Моделирование информационных процессов и управления
Для моделирования управления вводятся информационные и управляющие элементы, а также информационные и управляющие операции.
Информационный элемент х" имитирует отображение состояния одного X или нескольких Хт = {х" } технологических элементов (рис. 3.9). Первый вид отображения применяется для самого нижнего уровня управления. К примеру, дежурному по горке нужно знать состояние каждого пути. Для более высоких уровней управления применяется эпиморфизм { JC } = х" .
Станционный диспетчер уже может оперировать парками. Если диспетчер более высокого уровня управления получает информацию не непосредственно (скажем, из АСУ), а от диспетчеров нижестоящего уровня, то применяется эпиморфизм типа { 7 }= , (3.2) где xj - информационный элемент уровня 1; х"1- информационный элемент уровня 2. Управляющий элемент ху запоминает решение, принятое диспетчером на более высоком уровне. Затем он участвует в описании ситуации, по которой принимается решение. Допустим, маневровый диспетчер принял решение "максимально освободить парк приема", то есть в первую очередь распускать с горки составы с меньшим числом отцепов. Какой именно состав надвигать на горку, выбирает дежурный по горке
Формальная постановка задачи
На дороге обращаются кольцевые маршруты, перевозящие различные грузы. Составы таких маршрутов унифицированы по весу и длине, тип вагонов в каждом маршруте однородный. В порожнем состоянии составы из одинаковых вагонов, задействованные на перевозках одного груза, взаимозаменяемы для подачи под погрузку на различные станции. Существует частичная взаимозаменяемость между составами из-под разного груза, но она значительно ограничена требованиями к качественной очистке и техническому состоянию вагонов. Требуется так спланировать распределение порожних кольцевых маршрутов под погрузку на станции дороги, чтобы затраты на их перевозку, простой в ожидании погрузки и ущерб от опоздания к намеченному моменту погрузки были минимальны. Большое значение здесь имеет горизонт планирования или период на который рассчитывается план распределения.
В настоящее время предварительной информации, практически, не существует. Дорожный диспетчер не имеет прогноза хотя бы на сутки о моментах окончания ожидаемой выгрузки маршрутов. По суш, он выбирает пункт погрузки для каждого порожнего маршрута в отдельности. Естественно, получившейся в конце концов план распределения, то есть прикрепление пунктов отправления к пунктам назначения, получается нерациональный. Чем больше глубина прогноза, тем большее число маршрутов рассматривается одновременно в расчете оптимального плана, тем эффективнее общий динамический процесс управления.
Главными факторами, определяющими эффект от информатизации в этом случае будет: - глубина прогноза и - метод расчета плана.
Случайные факторы не оказывают на эффект большого влияния, так как на большом полигоне их действие нивелируется усреднением. На одном участке маршрут прошел медленнее, зато на другом - быстрее. Ничего не дает и учет структуры станций, через которые пролегает путь следования, ибо проходящий маршрут касается их в малой степени. Учет укрупненной структуры, то есть графа маршрутов следования, необходим. Таким образом, соотношение важности факторов, полученное расчетами на моделях и анализом практики, выглядит следующим образом (рис. 4.1). Метод расчета имеет очень большое значение. Если в рассмотрении находятся только 10 маршрутов (а реально их порядка 60-80), то число разумных вариантов в динамике уже будет тысячи. Сравнить их за короткий срок диспетчеру на представляется возможным. Поэтому здесь в качестве расчетной модели выбирается динамическая транспортная задача с задержками.
Формальная постановка задачи
На дороге имеется т пунктов распределения составов порожних маршрутов, которыми в основном являются станции выгрузки, и п станций погрузки, на которые они должны быть направлены. Следовательно расчетная сеть содержит множество {Af } поставщиков и [Bj \ потребителей порожних маршрутов, где At, i-\m - станция выгрузки маршрутов; Bj,j = \,n- станция погрузки маршрутов.
По указанным в предыдущем пункте причинам составы маршрутов ограниченно взаимозаменяемы. Поэтому следует разделить их на г типов. Пусть [ 0,Т ] - интервал оптимизации. Обозначим для каждого момента времени t,t є { 0,1,2,..., Т }: и у (г) - количество порожних маршрутов типа к, к = \,г9 отправленных со станции выгрузки Ai на на станцию погрузки Bj в момент времени / ; cfj - стоимость транспортировки состава маршрута к - того типа от / - той станции выгрузки до J - той станции погрузки; af if) - количество распределяемых составов маршрутов к - того типа со станции выгрузки Ai в момент времени t ; bj(t) - количество составов маршрутов типа к необходимое в момент времени / на станции погрузки Bj.
Количество составов маршрутов, предназначенных к распределению, сбалансировано с заявленным к погрузке в целом и по типу составов. Если предложение составов превышает потребность в них, то возникают дополнительные простои. Если потребность превышает предложение, то возникает ущерб от недопоставки составов к намеченным моментам. Обозначим для каждого момента времени tj є {0,1,2,..., Т }: х}; ( / ) - запас составов маршрутов к - того типа в пункте назначения Bj в момент времени t ; уj (t) - неудовлетворенный спрос в маршрутах к - того типа на станции погрузки Bj в момент времени t ; Cj - стоимость простоя одного маршрута к - того типа на станции погрузки В j; Sj - ущерб от опоздания одного состава к - того типа на станцию погрузки Bj на единицу времени. Задача решается минимизацией функционала:
Похожие диссертации на Определение эффективности мероприятий по повышению уровня информатизации железных дорог
