Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Развитие теории и практики управления поездной и грузовой работой 15
Глава 1. Период плановой экономики и централизованного финансирования 15
1.1. Основные научные направления, разработанные в СССР 15
1.2. Текущее состояние разработки и внедрения систем и задач
в России 21
1.3. Зарубежный опыт 24
1.4. Оптимизация оперативного управления как новое научное направление 29
Глава 2. Период становления рыночной экономики 32
2.1. Вписывание отрасли в рыночную экономику 32
2.2.Выводы по разделу 1 34
РАЗДЕЛ 2. Исследование существующей системы управления для формулирования ключевых оптимизационных задач 36
Глава 3. Характеристика перевозочного процесса, как объекта управления 36
Глава 4. Метод построения модели существующей системы правления ..52
Глава 5. Модель системы оперативного управления работой станции ... 5 5
5.1. Построение модели 55
5.2. Анализ модели существующей системы оперативного управления 58
5.3. Выводы из анализа 61
Глава 6. Модель системы оперативного управления на уровнях МПС, Управления дороги, Отделения дороги 63
6.1. Оперативно-диспетчерская структура 63
6.2. Функционирование 63
6.3. Выводы по оперативно-диспетчерской и функциональной структурам 73
6.4. Выводы по информационной структуре 75
6.5. Выводы по системе управления межстанционными процессами 76
6.6. Выводы по всей существующей системе оперативного управления перевозками 77
Глава 7. Цель управления 78
Глава 8. Технологические постановки задач 80
8.1. Отбор задач для разработки 80
8.2. Распределение порожних вагонов по станциям погрузки 80
8.3. Планирование организации и движения поездов 85
8.4. Распределение вагонов по поездам 98
8.5. Управление сортировочной работой 89
8.6. Управление работой станции в целом 93
8.7. Управление поездной и маневровой работой станции 96
8.8. Выводы по разделу 2 98
РАЗДЕЛ 3. Построение информационных технологий, использующих оптимизационные задачи 100
Глава 9. Выделение объектов управления для заданного уровня 100
Глава 10. Синтез структур для одного из уровней системы управления межстанционными процессами 103
10.1. Оперативно-диспетчерская структура 103
10.2. Функциональная структура 104
10.3. Информационная структура 111
Глава 11. Синтез структур для системы управления станционными процессами 115
11.1. Оперативно диспетчерская структура 115
11.2. Функциональная структура 115
11.3. Информационная структура 119
Глава 12. Синтез технологий для системы управления межстанционными процессами 124
12.1. Метод синтеза технологий 124
12.2. Технология для главного диспетчера сетевого уровня (ЦДГПС) 125
12.3. Технология для диспетчера по управлению сетевыми вагонопотоками (ЦДГВ) 127
12.4. Технология для диспетчера по управлению сетевыми локомотивопотоками (ЦДГТ) 131
12.5. Технология для диспетчера по управлению сетевыми передовыми перевозками (ЦДГН, ЦДГУ, ЦЦГМА) 134
12.6. Технология для диспетчера по управлению сетевыми поездопотоками (ЦДГГГ) 135
12.7. Технология для диспетчера по управлению вагонопотоками на дороге или в регионе (ДГВ) 139
12.8. Технология для диспетчера по управлению породовыми перевозками дороги (региона) на при мере ДГН 140
12.9. Технология для диспетчера по управлению поездопотоками на дороге или в регионе (ДТП) 142
12.10. Технология диспетчера частной компании перевозчиков... 143
ф 12.11. Выводы по главе 12 144
Глава 13. Синтез технологий для системы управления станционными процессами 148
13.1. Технология для станционного диспетчера 148
13.2. Технология для маневрового диспетчера 153
13.3. Технология для дежурного по парку 159
13.4. Выводы по разделу 3 164
РАЗДЕЛ 4. Математичекая постановка задач, выбор методов и построение алгоритмов решения оптимизационных задач 172
Глава 14. Распределение порожних вагоновпо станциям погрузки (РПВ) 172
14.1. Обоснование критерия и регулируемых параметров 172
14.2. Математическая постановка задачи РПВ 173
14.3. Методы и алгоритмы решения задачи РПВ
на сетевом уровне 177
14.4. Решение задачи РПВ на дорожном уровне 121
14.5. Ожидаемый экономический эффект 206
Глава 15. Планирование организации и продвижения
поездов (ПОПП) 216
15.1. Выбор критериев и регулируемых параметров 216
15.2. Математическая постановка задачи ПОПП 217
15.3. Методы и алгоритмы решения задачи ПОПП на сетевом уровне 222
15.4. Решение задачи ПОПП на дорожном уровне 243
15.5. Применение аналога задачи ПОПП в условиях частной компании перевозчиков 247
15.6. Ожидаемый экономический эффект 249
Глава 16. Распределение вагонов по поездам 253
16.1. Математическая постановка задачи РВП 253
16.2. Применение постановок оптимизационных задач для управления на уровнях дороги (региона) и отделения (опорного центра) 256
16.3. Методы и алгоритмы решения задачи РВП на сетевом уровне 257
16.4. Применение аналога задачи РВП в условиях частной компании перевозчиков 261
16.5. Ожидаемый экономический эффект 262
Глава 17. Управление работой станции в целом (УРС) 267
17.1. Характеристика задач подготовки информации для оптимизации 267
17.2. Методы и алгоритмы решения ключевых задач УРС 267
17.3. Ожидаемый экономический эффект 273
Глава 18. Управление сортировочной работой (УСР) 275
18.1. Выбор критериев и регулируемых параметров 275
18.2. Математическая постановка задач УСР 277
18.3. Методы и алгоритмы решения задач УСР 288
18.4. Ожидаемый экономический эффект 304
Глава 19. Управление поездной и маневровой работой
станции (УПМР) 310
19.1. Выбор критериев и регулируемых параметров 310
19.2. Математическая постановка задачи ППМО 311
19.3. Методы и алгоритмы решения задачи ППМО 316
19.4. Ожидаемый экономический эффект 338
19.5. Выводы по части 4 338
РАЗДЕЛ 5. Опыт и перспективы применения разработанных методов и алгоритмов 348
Глава 20. Анализ результатов создания информа ционно-планирующей системы для сортировочных станций 348
20.1. Опыт, полученный на станции Орехово-Зуево 348
20.2. Результаты, полученные при между народном сотрудничестве 349
20.3. Результаты, полученные при создании комплекса задач планирования для станции Красный Лиман 349
* 20.4. Попытка внедрения комплекса задач планирования на станции Батайск 351
20.5. Результаты, полученные при создании комплекса задач планирования для станции Целиноград 351
20.6. Результаты, полученные при создании комплекса задач планирования для станции Кинель 353
22.7. Результаты, полученные при проекти ровании информационно-планирующей системы для станции Красноярск-Восточный 353
20.8. Последняя версия комплекса задач планирования 353
Глава 21. Характеристика прикладного програм много обеспечения информационно-планирующей системы для сортировочных станций 354
Глава 22. Анализ результатов разработки информационных технологий и задач для систем дорожного уровня 356
22.1 .Управление взаимодействием станции Лена и порта Осетрово 356
22.2. Управление работой парка цистерн 356
22.3. Управление перевозками на дорожном уровне 3 57
Глава 23. Анализ результатов разработки задач для системы сетевого уровня 358
23.1. Управление работой парка цистерн 358
23.2. Оптимизационные задачи для центра управления перевозками МПС 358
23.3. Выводы по главе 23 358
Заключение 361
Список литературы
- Основные научные направления, разработанные в СССР
- Метод построения модели существующей системы правления
- Выводы по оперативно-диспетчерской и функциональной структурам
- Оперативно-диспетчерская структура
Введение к работе
Железнодорожный транспорт общего пользлвания является одной из государство-образующих систем, эффективное функционирование которой является важнейшим условием сохранения целостности государства. В связи с этим существует необходимость постоянной заботы о поддержании некоторого уровня его рентабельности.
За период с 1992 по 1997 год грузооборот железнодорожного транспорта России снизился на 44% [1,2], а затраты на перевозки неуклонно росли. В этих условиях поддержание уровня рентабельности было возможным главным образом за счёт повышения тарифов. Такая возможность представлялась вследствии осуществления статуса естественной монополии. При этом доля транспортной составляющей в стоимости некоторых видов сырья и топлива для промышленности и сельского хозяйства поднималась до недопустимой величины. Всё это привело к идее создания конкурентной среды за счёт организации, в частности, множества грузовых компаний [3] с упразднением аппарата министерства [4]. При реализации этой идеи поддержание уровня рентабельности за счёт повышения тарифов становится невозможным. Необходимо искать другие источники повышения эффективности.
Одним из источников может быть оптимизация грузовых перевозок [5], причём по рыночным критериям и в конкурентной среде, на стадии оперативного управления ими. В связи с этим исследование и разработка проблемы оптимизации применительно к оперативному управлению перевозочным процессом в новых экономических условиях являются в настоящее время актуальными.
Уровень доходности железных дорог и сети в целом определяется в последнее десятилетие объёмом договоров, которые заключаются с клиентами от имени ЦФТО [5], ДФТО и др. подразделений, выступающих в качестве внутренних заказчиков перевозок на железнодорожном транспорте. При этом от исполнителей перевозок зависит возможность сохранения планируемого уровня доходности в заданные сроки и затраты на эти перевозки.
Традиционно затраты минимизируются в процессе заблаговременного расчёта плана формирования поездов [7, 8] и графиков движения по направлениям и участкам [9]. При этом оперативное управление перевозочным процессом заключается в том, чтобы удерживать протекание реальных процессов в рамках плана формирования и графика движения, используя ограниченное число вариантов распределения собственных ресурсов. Для информационной поддержки процессов распределения разработано и эксплуатируется на всех
уровнях множество автоматизированных информационных систем. Но процессы принятия решения на основе сравнения различных вариантов не автоматизированы, а имеющиеся отдельные разработки не объединены в единую систему.
Встраивание отрасли в рыночную экономику страны состоялось в начале 90-х годов прошлого века созданием системы так называемого фирменного транспортного обслуживания. Эта система обеспечивает:
- централизованный сбор заявок клиентов на погрузку с последующим распределением между исполнителями;
0 предварительную оплату перевозок;
1 самофинансирование отрасли.
Сама же организация перевозочного процесса всё ещё сохраняет черты, присущие плановой экономике и системе централизованного финансирования. В частности, в оперативном управлении используются нормативы, рассчитанные по среднесуточным показателям, а задания устанавливаются по объёмам работ. Механизмы, направленные на ускорение доставки грузов отсутствуют.
Поиск оптимальных решений в оперативном режиме возможен только с использованием вычислительной техники и математических методов. А для их применения необходимо формальное описание объектов обслуживания. В существующей практике такого описания нет. Кроме того, в научных и производственных кругах постоянно идёт поиск организационной структуры: решается вопрос о числе уровней АСУЖТ, размерах одной дороги, границах между дорогами и пр. [10]. Поэтому в настоящей работе предложен подход к выделению объектов автоматизированого оперативного управления для каждого из четырёх известных уровней, выполнены постановки для них оптимизационных задач, разработаны функциональные структуры процессов управления, а также методы и алгоритмы решения основных задач поиска значений целевых функций, близких к оптимальным, определяющих содержание "ядра" обслуживающей эти задачи информационной базы.
Таким образом, открывается возможность более полной автоматизации и оптимизации оперативного управления перевозочным процессом независимо от числа уровней организационной структуры, числа элементов каждого уровня и конкретных территориальных границ. Всё это усиливает актуальность выполненного исследования и разработки.
В последнее время ведётся дискуссия о способах обеспечения равных условий доступа к транспортным ресурсам различных частньк компаний, конкурирующих с ОАО РЖД [11]. Одним из таких способов может быть оперативное информирование диспетчеров компаний о наличии ресурсов. Для организации информирования в настоящей работе предложено две оптимизирующие задачи, позволяющие частной компании делать держателям ресурсов взаимовыгодные предложения по перевозкам и конкурировать таким образом с другими компаниями. Это ещё раз иллюстрирует актуальность разработки.
Целью диссертации является повышение эффективности функционирования процесса грузовых перевозок в новых экономических условиях за счёт оптимизации оперативного управления. Для получения возможности оптимизации необходимо совершенствовать организацию процесса. Поэтому объектом исследования является организация и система управления процессом грузовых перевозок. Предмет исследования - качество организации и оперативного управления. Задача разработки - выработка новых принципов организации перевозок, создание для них информационных технологий и алгоритмов машинного решения задач, применимых на всех уровнях ОАО РЖД и других компаний.
Основным методом исследования является системный анализ перевозочного процесса и сложившейся системы оперативного управления им. Он включает выбор цели управления, декомпозицию исходной постановки задачи на ряд взаимосвязанных составляющих задач, формализацию для каждой из них критерия оптимальности, управляющих воздействий и ограничений, подбор перечней входной и выходной информации, что приводит в результате к формализованным постановкам оптимизирующих задач. Второй метод исследования сложившихся систем управления заключается в построении функциональных и информационных структур трудовых процессов оперативного персонала с использованием понятий и терминов теории множеств и теории графов. Синтез предлагаемых технологий и алгоритмов выполняется на основе критики построенных структур существующих систем управления с позиций формализованных постановок задач. Доведение алгоритмов до степени, достаточной для программирования, осуществляется методом последовательной декомпозиции задач по различным признакам с детализацией описания на каждом уровне декомпозиции. В качестве метода решения используется дискретное программирование. Для повышения результативности алгоритмов используются методы «ветвей и границ», отсечения и декомпозиции по эвристическим правилам. Алгоритмы реализуют метод имитационного моделирования . Блоки имитационного моделирования включаются в схемы перебора вариантов, реализующие методы комбинаторного анализа и направленного отбора вариантов.
Степень научной новизны характеризуется следующим:
1) Построение имитационных функционально-информационных моделей трудовых
процессов диспетчеров МПС (ОАО РЖД), управления и отделения дороги, сортировочной станции для целей исследования и формулирования постановок оптимизирующих задач.
2) Формулирование сетевых, дорожных (региональных), отделенческих (районных) перевозок, как объектов обслуживания, для которых возможны постановка и реализация подобных задач.
3) Постановка ранее не формулировавшихся задач: планирования организации и продвижения маршрутных; распределение групп вагонов по запланированным маршрутным поездам, в том числе для частных компаний перевозчиков; планирование последовательности поездных и маневровых операций на станции.
4) Расширение постановок и развитие методик решения некоторых ранее ставившихся задач: распределение порожних вагонов по станциям погрузки; выбор очерёдности расформирования составов на горке; планирование приёма поездов на станцию.
Практическая значимость
1) Предложены научно обоснованные методы проектирования разделов информационного и математического обеспечения оптимизирующих задач, которые могут быть использованы для выявления, постановки и формализации новых задач в области оперативного управления.
2) Создана проектная документация математического и информационного обеспечения оптимизирующих задач, по которой возможно программирование для конкретных объектов с возможностью настройки на местные условия.
3) Внедрена в частной компании перевозчиков задача распределения групп вагонов компании по поездам ОАО РЖД.
4) Применение полученных результатов направлено на снижение эксплуатационных расходов железных дорог и частных компаний и удержание доходов на планируемом уровне.
Апробация работы:
Результаты разработки обсуждались:
0 на заседаниях НТС отделения «Управление перевозочным процессом» ВНИИЖТа (1986 г), отделения организации первозок и транспортного обслуживания ВНИИЖТа (2000 г) и ВНИИАС (2002, 2004 г), секции НТС МПС (2000 г);
1 конференциях и школах, проведённых МПС СССР в Орехово-Зуево (1984 г), Брянске (1985 г), Воронеже (1986 г), Алма-Ате (1991 г), проведённых МПС РФ в Ярославле (2000 г); Сочи (2003 г); Санкт-Петербурге (3003 г); 2 на Технических Советах Донецкой (1989 г) и Красноярской (1993 г) железных дорог;
- на совещаниях в службах перевозок и вычислительных центрах Целинной (1990 г) и Куйбышевской (1993 г) железных дорог.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 37 работ, в том числе монография общим объёмом 15 печатных листов и 2 брошюры. Без соавторов опубликовано 16 статей, монография и брошюры.
Структура и объём работ. Диссертация состоит из введения -5 стр., заключения - 2 стр., пяти разделов - 344 стр., списка литературы на 174 наименования - 15 стр.; 31 приложения - на 141 стр. В состав диссертации входит 77 рисунков и 81 таблица.
Основные научные направления, разработанные в СССР
В Советском Союзе в плановом порядке и систематически проводились исследования, направленные на повышение эффективности перевозочного процесса. Плановый характер ведения народного хозяйства требовал также применения плановых начал для организации перевозок. В связи с этим развивались системы календарного, сменно-суточного и текущего планирования. При этом все управляющие воздействия прикладывались на стадиях календарного и сменно-суточного планирования. А на стадии текущего планирования использовалось только регулирование, т.е. удержание перевозочного процесса в плановых рамках.
К основополагающим планам относились: - годовой план перевозок; - план формирования поездов; - график движения поездов; - календарный план перевозок; - суточный план объёмов работ.
При этом план формирования и график движения поездов носили характер нормативных документов на период действия годового плана перевозок. А календарный и суточный планы представляли собой последовательную детализацию годового плана. Целью текущего планирования считалось обеспечение ресурсами и технологическая реализация суточного плана объёмов работ.
Исследования для автоматизации планирования поездной и грузовой работы велись в СССР с 60-х годов XX века [12]. Базовой разработкой в области автоматизации можно считать труды группы Крюкова Н.Д. по созданию комплекса задач сменно-суточного планирования работы дороги [13]. В основу разработки был положен принцип сохранения формы существующего плана и существующего метода его расчёта. А это означает, что: - целью планирования должны быть искомые значения заданных показателей объёмов работ и регулировочных заданий; - указанные значения должны были отражать работу стыковых пунктов дорог; - в качестве технологических нормативов следовало использовать директивные нормативы; - алгоритм расчёта должен "копировать" действия, выполняемые при ручных расчётах; - планирование должно основываться на детерминированном трехсуточном прогнозе; Наиболее существенным отступлением от действовавших в тот период правил было увеличение числа показателей формируемого плана и доведение его до 18. Задачи, построенные на принципе сохранения существующих форм и методов расчёта, могут дать и действительно дали следующий эффект: - сокращение объёма ручного труда планирующего персонала; - ускорение времени расчёта; - повышение точности ожидаемых результатов.
На том же принципе вела свою разработку группа Буянова В.А. при автоматизации текущего планирования работы сортировочной станции (АСТП) [14]. Под текущим понималось периодическое (каждые 3 ч.) планирование операций станционной работы, которое начиналось с уточнения прогноза подвода поездов к предузловым станциям.
Достигнутый к тому времени уровень детализации процессов "ручного" планирования применительно к операциям поездообразования оказался более высоким, чем в дорожных системах. Это предопределило применение группой Буянова более содержательных методов решения: - в ходе решения задач рассчитывались не только показатели работы, но и моменты начала операций с поездами; - планируемые операции относились не к стыковым пунктам каких-то подразделений, а к местам начала планируемых операций; - предложена принципиально новая задача выбора очерёдности расформирования составов на горке, содержащая элементы управления. Новым предложением было также организация решения задач планирования работы станций не традиционно - на станциях, а в узловых вычислительных центрах.
Дальнейшее развитие темы группы Буянова В.А., нашло своё место в разработке АСУ сортировочной станции (АСУ СС). Центральное место в комплексе задач этой АСУ занимает задача выбора очерёдности расформирования составов на горке. Для неё была вьшолнена постановка задачи [ 15, 16,17], включающая в свой состав: - перечень видов и содержание входной, выходной и нормативно-справочной информации каждого вида; - ограничения; - три критерия; - описание проектной технологии решения. По мнению автора, в постановке задач не представлены: - описания регулируемых параметров, их связь с критерием и формируемыми вариантами планов, порядок перебора вариантов; - данные, связанные с учётом возможности параллельного роспуска составов с горки. Имеются сведения об эксплуатации в 80-е годы прошлого века задачи в версии Буянова на сортировочной станции Кочетовка, Юго-Восточной железной дороги.
Рассматриваемая задача была описана также в работе Б., дел Рио Салседа 517], где представлен метод перебора вариантов для последовательного роспуска составов. Опыт эксплуатации задачи в этой версии изложен в работе Кокурина И.М. и Сапунова Н.А.[19].
Несмотря на широкое внедрение на сети дорог системы класса АСУ СС, задача выбора очерёдности расформирования составов на горке широкого распространения не получила и в настоящее время вообще нигде не решается. Для её успешного решения необходимо было обеспечить: - удобный оперативный сбор входной текущей информации; - приемлемое время реакции.
Анализ имеющихся в 5 14, 16, 17] сведений показывает, что рассматриваемая задача была обречена на изолированное решение, т.к. сбором входной информации должен был заниматься сам пользователь, причём не имеющий для этого ни времени, ни средств. Это объясняется отсутствием в то время персональных компьютеров и диалоговых систем. Для пользователя не было предложено никакой информационной технологии. Это объясняется состоянием информационной культуры общества того времени. Для задачи не было разработано никаких методов, ускоряющих перебор вариантов.
Третья группа исследователей - группа Завьялова Б.А., разрабатывала задачи прогнозирования поездного положения в составе автоматизированной системы "Участковый автодиспетчер" [20]. Кроме того, делались попытки решения задачи управления - выбор варианта скрещения и обгона поездов.
Метод построения модели существующей системы правления
Как было отмечено в главе 4, выявление, постановка и решение оптимизационных задач представляет собой проблему. Для задач оперативного управления проблема этим не исчерпывается. Необходимо встроить оптимизационные задачи в информационную технологию работы пользователей в масштабе реального времени. А для этого необходимо иметь такую технологию.
Существующая информационная технология рассчитана на эксплуатацию АСУ в информационно-справочном режиме. При переходе к управляющему режиму эта технология должна измениться с учётом возможностей вычислительной техники и математических методов. Поэтому в состав решаемой проблемы должно входить также создание новой информационной технологии.
Процесс создания новой технологии обычно начинается с изучения существующих информационных технологий и их постепенного совершенствования. Это позволяет выявить полный состав информации, управляющие воздействия и установить последовательности действий персонала в контуре управления.
В качестве метода исследования в диссертационной работе используется построение информационной модели существующих автоматизированных систем управления основанное на анализе и описании трудовых процессов, функций вычислительной техники и средств автоматизации. Несмотря на значительное количество работ по информационным системам на железнодорожном транспорте, наличие формализованных описаний функционирования персонала весьма ограничено. Основополагающей работой в этой области можно считать работу В.Н.Пушкина [70], в которой исследуется трудовой процесс дежурного по станции методом его алгоритмического описания. Цель работы заключалась не в том, чтобы переложить его функции на ЭВМ. Поэтому в ней не была раскрыта вся используемая информация. Для раскрытия информации трудового процесса автор разработал метод, который впервые применил на промышленном транспорте [71]. Этот метод не является предметом защиты т.к. он уже был защищен в кандидатской диссертации применительно к исследованию неавтоматизированной системы управления транспортно-технологическим процессом металлургического предприятия. В настоящей работе он применяется для исследования уже автоматизированной системы управления, причём объектом другого класса и значительно большего масштаба. К защите предъявляется (кроме разработок) сам результат проведённого исследования.
Метод предусматривает описание составных частей информационной модели в терминах теории графов [72], опирающихся на чёткое определение понятия множества. Для описания модели требуется сформировать множества вершин и дуг из однородных элементов таким образом, чтобы с помощью каждого графа можно было однозначно отобразить взаимосвязь между составными частями двух категорий структуры: элементами и связями.
В соответствии с методом построение функционально-информационной модели заключается в совместном построении для каждой системы управления трёх графов: - оперативно-диспетчерской структуры Г] (P,Q) где Р ={р} - множество вершин, отображающих множество единиц оперативного персонала, Q = {q} - множество дуг, отображающих множество отношений оперативного подчинения; - функциональной структуры Г2 (R,S), где R = {г} - множество вершин, отображающих множество функций персонала, средств вычислительной техники и автоматизации; S= (s} — множество дуг, отображающих отношения предшествования функций в процессе функционирования; - информационной структуры T3,(R Н), где Н = {h} - множество дуг, отображающих множество информационных связей между функциями.
Неформальное описание существующих систем оперативного управления движением дано в книге Угрюмова А.К. и др. [73] и Грошева Г.М. и др.[74]. Оно может быть принято в качестве исходного материала при первом чтении. Исторический обзор и современное состояние вопросов управления поездной и грузовой работой даны в книге Кудрявцева В.А. [75]. Признавая положительную роль этих книг для ВУЗовского обучения, следует отметить и недостаточность их содержания для критического анализа деятельности персонала с целью постановок оптимизационных задач.
Эту недостаточность можно компенсировать натурными наблюдениями, имея в виду, что наблюдаемая часть деятельности персонала связана с процессами получения, регистрации и передачи информации. То, что связано с процессом принятия решения, скрыто от наблюдателя, а, следовательно, требует технических интервью и последующего анализа. Такая работа проводилась автором для: -станций: Брянск-1, Бекасово-1, Пушкино, Лена, Александров, Орехово-Зуево, Красный Лиман. Ясиноватая, Дебальцево, Целиноград, Экибастуз Кинель; Еекасово-2; - Отделений дороги: Краснолиманского, Павлодарского; - Управлений дороги: Горьковской, Красноярской; - диспетчерского центра управления МПС.
Опыт изучения трудовых процессов показывает, что обобщение результатов достигается лучше всего в том случае, когда модель описывает функционирование в режиме "Единичной нити информационных нагрузок". В противном случае на результат влияет специфика конкретного объекта и особенности личности, деятельность которой исследуется. В связи с этим графы функциональной и информационной структур должны отображать функционирование систем по одновременному обслуживанию только одного объекта.
Выводы по оперативно-диспетчерской и функциональной структурам
1. Построен набор графов функциональных и информационных структур, представляющих собой графические информационные модели процессов управления межстанционными процессами.
2. Из построенных моделей видно, что: - функции персонала разных уровней организационной структуры подобны; - с возрастанием уровня организационной структуры диспетчерские функции всё больше утрачивают управляющий характер; - решение по управлению перевозочным процессом принимают руководители департамента перевозок МПС, службы перевозок Управления дороги, отдела перевозок отделения дороги; - управление, осуществляемое руководителями, не достаточно оперативно, т.к. в большинстве случаев не упреждает появление убытков; - принципы управления перевозочным процессом на каждом уровне определены той информацией, которая может быть собрана оперативно; - состав оперативно собираемой в настоящее время информации определяется низким уровнем автоматизации; - состав циркулирующей информации не соответствует предложенному в постановке задач;
3. Информационная модель должна быть использована для сопоставления с ней предлагаемых решений, вытекающих из постановки задач, с целью недопущения потери управления.
1. Построены информационные модели существующих систем управления такими классами объектов, как станционные и межстанционные процессы. Это позволяет оценить достигнутый уровень автоматизации управления, характер решаемых задач и влияние их на эффективность перевозочного процесса.
2. Система управления станционными процессами имеет более высокий уровень автоматизации. В ней осуществляется предметное управление процессами и операциями. Управление осуществляется в режиме "Единичная нить нагрузок" с автоматизацией функций сбора, передачи, хранения и выдачи информации в диалоговом режиме. Незначительное место занимают функции автоматизированного прогнозирования. Оптимизационные задачи на практике не решаются. Разрозненные разработки таких задач проводились отдельными авторами, делались попытки внедрения без должного технологического и информационного обеспечения. Влияние автоматизации на эффективность станционных процессов невелико и оставляет достаточно большие неиспользованные резервы для получения дополнительной экономии. Имеющийся опыт и информацию, отображённую в модели, необходимо использовать при разработке оптимизационных задач.
3. Система управления межстанционными процессами имеет наиболее высокий уровень автоматизации на дорожном уровне организационной структуры. На этом уровне решаются задачи информационно-справочного обслуживания, слабо влияющие на эффектив ность перевозочного процесса. На уровне МПС управление не достаточно оперативно, оперативная система занимается сбором информации и исполнением принятых руководством решений. Задачи, которыми укомплектованы компьютеры на рабочих местах диспетчеров, в работе практически не используются, т.к. информация существенно отстаёт от отображаемых процессов и не всегда соответствует по составу и содержанию выполняемым персоналом функциям. Необходимо изменить технологию управления и перераспределить функции между персоналом разных уровней. Перераспределение функций должно базироваться на выделении для сетевого уровня своего конкретного объекта управления. Под выделенный объект управления должны быть сформулированы оптимизационные задачи с привязкой к пользователям.
По мнению президента ОАО РЖД Фадеева Г.М., миссия созданного ОАО состоит в повышении долгосрочной эффективности и финансовой устойчивости, в повышении качества услуг [81]. Эффективно управлять перевозочным процессом в рыночных условиях, считает и.о. директора ВНИИАС Шаров В.А., означает полностью удовлетворять платёжеспособный спрос на перевозки и снижать транспортную составляющую в конечной цене перевозимых грузов [82]. Всё это можно считать общей целью управления. Для выделения в ней цели диспетчерского управления на рис. 7.1 предложено дерево целей. Из
Как показало исследование существующей системы управления, наименее проработанными оказались задачи оперативного планирования. Из теории управления известно, что наиболее сложными и эффективными из задач такого класса считаются задачи оптимизации.
Оперативно-диспетчерская структура
Как было установлено выше, (вывод 3 п. 5.3), разработку оптимизационных задач целесообразно вести применительно к функциям, характерным для ДСЦС, ДСЦ, ДСП парков прибытия (ДСП-ПП) и отправления (ДСП-ПО) двусторонней сортировочной станции. Поэтому за основу оперативно-диспетчерской структуры АСУ станции возьмём именно эти штатные единицы (см. на рис. 5.1 вершины, обозначенные как: (рдь рзь Рз5, Ргь Ргз, P27, Р29). Поскольку часть входной информация задач оперативного планирования должна поступать также и из локомотивного депо, и из отделения дороги, то включим в структуру должности дежурного по депо (рзз). ДНЦ (psi, р52) и ДНЦО (рбО - Для построения структуры вычленим из графа Ti(P,Q) (см. рис. 5.1), подграф с вершинами р4ь рзь Рз5, Ргь ргз, Р27, Р29, рзз, Psi, P52, реї. Это и будет граф Г2г(Р,0) оперативно-диспетчерской структуры, показанный на рис 11.1 и определяющей охват станционной системы управления оптимизационными задачами.
Функции ДСЦ разных сортировочных систем, также как и функции ДСП-ПП, ДСП-ПО таких же систем идентичны. Поэтому функциональную структуру достаточно построить для ДСЦС, одного ДСЦ и двух ДСП. С учётом постановок задач (глава 8) включим ДСЦС, и дежурного по локомотивному депо в подсистему УРС, ДСЦ - в подсистему УСР, ДСП-ПП, ДСП-ПО - в подсистему УПМР. Учитывая иерархию соподчинённости рассматриваемых единиц персонала, представим укрупнённую функциональную структуру АСУ станции в виде графа Г(Ь,М) - рис. 11.2, где L -множество вершин, отображающих множество функциональных подсистем, М - множество дуг, отображающих технологическую последовательность включения подсистем при отработке задания на планируемый период времени. Детальные функциональные структуры можно построить путём декомпозиции каждой функциональной подсистемы (УРС, УСР, УПМР-ПП, УПМР-ПО) на основании постановок задач (п. 1.2.3) и функциональной структуры существующей системы управления [31]. Для этого сопоставим функции, представленные в модели существующей системы, с функциями, определяемыми постановками задач.
В процессе постановки комплекса задач УРС были выделены следующие задачи: сбора информации (СИ), контроля выполнения планов (КВП), планирования приёма и от правления поездов (ППО), выбора режима наилучшего благоприятствования (РЖ), рас пределения составов по системам и подсистемам роспуска (PC), планирования обработки транзитных поездов (ТП), планирование обработки составов углового потока (ПУП), пла нирование формирования поездов повышенной транзитности (ППТ). Соответствие между ними и функциями ДСЦС можно установить только по формулировкам. Такое соответствие отражено в табл. 11.1. Попытка установления соответствия между ними по содержанию приводит к формулированию требований к разрабатываемым задачам: - установление технологического порядка решения выделенных задач, определяемого готовностью соответствующей информации; - разработка информационной технологии, отражающей участие ДСЦС в процессе получения результатов решения; - автоматизация сбора всей необходимой информации; - комплектование заданий исполнителям на ближайший отрезок времени; - реализация режима "Большая нагрузка", т.е. совместное планирование множества последовательных и параллельных операций на одном и том же отрезке времени, причём с применением формальных критериев оптимальности.
На стадии разработки структур достаточно ограничиться установлением порядка решения. На стадии разработки алгоритмов вопросы автоматизации сбора информации и комплектования заданий в рамках данной работы могут быть рассмотрены без подробной детализации. Граф Г(Ь,М) функциональной структуры подсистемы УРС показан на рис. 11.3. При постановке задачи для подсистемы УСР предложено три критерия оптимальности, один из которых, направлен на снижение простоя поездов у входных сигналов. Тем самым поставлен вопрос о планировании путей приёма поездов. Эта задача также подлежит формализации, а, следовательно, и выделению в составе комплекса УСР с обозначением, например, "ПП". Взаимодействие ДСЦ с ДСЦС требует выделения из выходной информации
Примечание: Знак "+" в графе таблицы указывает на соответствие функций и задач, а вне таблицы - на несоответствие. подсистемы УРС той, которая относится к данной сортировочной системе, комплектования её в задание и использования как для информирования ДСЦ, так и для решения задач оптимизации. Следовательно, необходима постановка стыковочной (для двух подсистем) задачи формирования задания станционного диспетчера - ЗС. По аналогии с подсистемой УРС необходимо обеспечить оперативный контроль, за ходом выполнения принятых в подсистеме УСР планов. Для этого предлагается включить в состав комплекса УСР задачу контроля КОН. С учётом поставленной ранее задачи выбора очерёдности роспуска (ВОРС) состав комплекса задач будет содержать задачи ЗС, ПП, ВОРС, КОН.
Сопоставление формулировок функций ДСЦ с наименованиями задач УСР выполнено в табл. 11.2. Попытка сопоставления их по содержанию показывает, что содержание задач должно существенно отличаться от содержания диспетчерских функций, что необходимо учесть при разработке самих задач. В рамках данной работы разработка может быть ограничена задачей ВОР, а остальные задачи достаточно учесть при разработке информационной технологии работы ДСЦ. Граф Г(Ь,М) предлагаемой функциональной структуры подсистемы УСР показано на рис. 11.4.
Аналогично выше описанному для подсистемы УСР включим в состав комплекса задач УПМР неоптимизационные задачи формирования заданий и задачу контроля. Задачи составления заданий должны осуществлять настройку комплекса оптимизационных задач планирования последовательности поездных и маневровых операций на станции (ППМО) на условия работы: в парке прибытия - задания станционного (ЗСП) и маневрового (ЗМП) диспетчеров и в парке отправления - соответственно - ЗСО, ЗМО. Это позволит ограничиться разработкой только оптимизационного ядра УПМР - задачи ППМО. В информационной технологии необходимо учесть все названные задачи, а именно: ЗСП, ЗМП, ЗСО, ЗМО, ПОПП, а также задачу контроля - К.
Сопоставление формулировок функций ДСП и наименований задач приведено в табл. 11.3. Так же, как и для подсистем УРС, УСР при разработке содержания задачи ППМО необходимо существенное совершенствование. Граф T(L,M) функциональной структуры системы УПМР показан на рис. 11.5.
Состав входной и выходной информации большинства функций АСУ был определён из ин-формационной структуры существующей системы управления. Источники внешней информации для задач планирования были определены в работе 118]. С учётом этого полная комплектация каждой предлагаемой функции соответствующей информацией составлена и приведена в работе [31], табл 6.4 (с. 172). Имена массивов приведены ниже - в постановках задач (см. п. 17.1, 18.2,20.2).
