Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных взглядов на качество средств связи систем управления транспортными структурами 10
1.1. Анализ состояния развития средств связи и требований, предъявляемых к ним на современном этапе 10
1.2. Оценка влияния качества связи на эффективность управления транспортом 22
1.3. Анализ современных концепций в области качества средств связи 33
1.4. Постановка научной задачи и выбор метода ее решения 35
Выводы по главе 39
2. Разработка научно-методического аппарата оценки качества средств связи систем управления транспортными структурами 41
2.1. Формирование системы показателей качества средств связи .41
2.2. Математические модели оценки показателей качества средств связи 51
2.3. Модель оценки технического уровня средств связи 61
2.4. Математическая модель оптимизации показателей качества средств связи 73
Выводы по главе 79
3. Разработка рекомендаций по повышению эффективности управления транспортными структурами на основе улучшения качества средств связи 81
3.1. Общий порядок обоснования показателей качества средств связи систем управления транспортными структурами 81
3.2. Сравнительная оценка вариантов оснащения системы управления транспортом средствами связи по совокупности показателей качества 89
3.3. Рекомендации по структуре и основным показателям качества средств связи систем управления городским наземным транспортом 98
Выводы по главе 105
Заключение 106
Список литературы 108
Приложение 120
- Оценка влияния качества связи на эффективность управления транспортом
- Анализ современных концепций в области качества средств связи
- Математические модели оценки показателей качества средств связи
- Сравнительная оценка вариантов оснащения системы управления транспортом средствами связи по совокупности показателей качества
Введение к работе
Приоритетной отраслью развитого общества в настоящее время становится транспорт, а транспортные ресурсы - одними из основных ресурсов производственного потенциала страны. Поэтому для современного общества существенная транспортная зависимость становится все более характерной.
В связи с переориентацией развитых стран с производственного спроса на потребительский, за последние десятилетия изменилась и роль транспорта. Как показывают наблюдения [1.2, 4.1, 4.7, 4.8], потребительский спрос населения по рангу значимости располагается в следующей последовательности: продовольственные товары - жилье - транспорт. Возрастают и международные транспортные связи. Так, международные грузовые перевозки составляют 75-90% общего грузооборота индустриальных стран [4.8]. Подвижность населения после Второй мировой войны также увеличилась в 3-5 раз.
Процессы, формирующие транспортный рынок, обуславливают интегрированное понимание транспортной системы, которое предполагает включение в нее всех видов транспорта, необходимых для жизнедеятельности общества.
Именно поэтому в центре внимания мирового сообщества находится развитие международной транспортной системы Евроазиатского континента. Азия и Европа, представляя собой единый субконтинент, более двух тысячелетий связаны разветвленной сетью наземных путей, соединивших историю, культуру и экономику Востока и Запада.
В настоящее время имеет место глобальная задача принципиально нового осмысления проблемы освоения огромного пространства, на котором к середине столетия будет размещаться около половины всего человечества. При этом значительная роль в решении этой проблемы отводится научному обеспечению разработок, направленных на формирование новых
5 требований, которым должна отвечать транспортная политика в условиях
рынка.
Отмеченное в полной мере относится и к управлению транспортом. Масштабность территории, сложные природно-климатические и геофизические условия, повышение возможностей транспорта и другие причины обуславливают существенное возрастание требований к управлению транспортными структурами (ТС) вообще, и городским транспортом в частности. К таким требованиям, прежде всего, относятся оперативность управления и качество (обоснованность) принимаемых управленческих решений.
В части реализации требований по оперативности управления важнейшую роль играют средства связи (СС), от качества которых в значительной степени зависит эффективность управления транспортным комплексом в целом. В связи с этим, первостепенное значение приобретает оснащение разрабатываемых СУ средствами связи, в наибольшей мере удовлетворяющих потребности в качественном управлении ТС. В ряде работ [3.7, 3.8, 3.9, 3.10, 3.11] неоднократно отмечалось, что средства связи существенно влияют на эффективность функционирования любой системы управления. При этом, однако, синтез таких систем проводится, как правило, исходя из предположения, что средства связи обеспечат требуемые характеристики информационного обмена в СУ. Приоритет же в исследованиях отдается другим компонентам системы - средствам автоматизации и организационному обеспечению, что в ряде случаев приводит к дисбалансу технических средств управления создаваемой СУ.
Вместе с тем, обоснованность и ценность практических рекомендаций при решении проблемы повышения эффективности управления транспортом, находятся в прямой зависимости от возможностей научно-методического обеспечения исследований, что определяет необходимость его постоянного совершенствования.
Таким образом, насущная потребность в качественном преобразовании системы управления транспортом и ее средств связи, а также развитии методического обеспечения процесса создания и сопровождения этих средств обуславливают актуальность темы диссертационной работы.
Областью исследования данной работы являются вопросы, связанные с анализом основных тенденций развития средств связи, обеспечивающих управление транспортом, а также совершенствованием научно-методического обеспечения исследований в интересах создания и развития этих средств.
Объектом исследования является система управления городским наземным транспортом, как одна из составляющих внешних условий функционирования средств связи, а предметом - модели формирования, оценки и оптимизации показателей качества средств связи указанной системы.
Процесс развития любой системы управления транспортом основывается на последовательном разрешении совокупности противоречий, возникающих между возможностями собственно транспортной подсистемы, а также способами ее использования, и возможностями самой системы управления по организации применения транспорта по предназначению. С этой точки зрения цель исследования заключается в повышении обоснованности решений в части средств связи, принимаемых при формировании организационно-технического облика СУ, обеспечивающей эффективное использование транспортных средств.
Отмеченные обстоятельства определили научную задачу, решаемую в диссертации и заключающуюся в разработке научно-методического аппарата оценки и оптимизации показателей качества средств связи в целях повышения эффективности управления транспортом.
Опыт исследований свидетельствует [3.9, ЗЛО, 3.11, 3.18 и др.], что для анализа и оценки средств связи, как сложных технических систем, необходимо использовать методы системного анализа, теоретико-множественные и эвристические методы, а также методы имитационного
7 моделирования. Указанные методы составляют основу разработанного научно-методического аппарата.
В рамках общей научной задачи решается ряд частных научных задач, определяющих содержание и цели исследований:
оценка влияния качества связи на эффективность управления транспортом;
разработка логико-эвристического аппарата формирования системы показателей качества средств связи;
разработка моделей оценки показателей качества средств связи;
разработка математического аппарата оптимизации показателей качества средств связи;
выработка рекомендаций по повышению эффективности управления на основе улучшения качества средств связи.
По своей структуре и содержанию работа включает вопросы теоретического и прикладного характера: анализ состояния и перспектив развития средств связи систем управления транспортом, модели формирования, оценки и оптимизации показателей качества средств связи, рекомендации по повышению эффективности управления транспортом.
Положения, выносимые на защиту:
методический аппарат оценки влияния качества связи на эффективность управления транспортом;
комплекс моделей оценки показателей качества и технического уровня средств связи;
математическая модель оптимизации показателей качества средств связи;
порядок обоснования показателей качества средств связи.
Приведенные выше положения детально раскрываются в соответствии с содержанием работы. Так, в первой главе, на основе анализа состояния развития средств связи и требований, предъявляемых к ним на современном этапе, оценки влияния качества средств связи на эффективность
8 управления транспортом, а также современных концепций качества, сформулирована научная задача и определена последовательность ее решения.
Во второй главе, с использованием наиболее общих принципов системного анализа, разработан комплекс моделей, позволяющих формировать, оценивать и оптимизировать систему показателей качества средств связи.
В третьей главе, с учетом роли и места средств связи в системе управления транспортом, предложен общий порядок обоснования показателей их качества, а также приведены рекомендации по выбору наиболее предпочтительных средств связи СУ городским наземным транспортом.
В приложение вынесено описание имитационной модели функционирования средств связи центра управления наземным городским транспортом.
Достоверность результатов исследований подтверждается:
корректностью применения методического аппарата теории систем, множеств, общей топологии, имитационного моделирования и математической статистики;
положительными отзывами на отчеты о НИР, в которые включены основные научные результаты [9.1, 9.2];
публикациями в ведомственных изданиях [4.18, 4.19].
Научная значимость работы заключается в том, что предложен комплексный подход к оценке качества средств связи, предполагаемых к использованию в перспективных системах управления транспортом и подтверждается использованием полученных результатов в соответствующих НИР по данной тематике.
Практическое значение определяется тем, что результаты исследований могут быть использованы при построении системы управления транспортом практически любого масштаба, а также при создании других систем управления для оптимизации их средств связи.
Результаты работы в виде научно-обоснованной методики обоснования путей повышения эффективности управления транспортом за счет повышения качества средств связи, а также полученные рекомендации могут быть реализованы:
в технических заданиях на проведение научно-исследовательских работ по обоснованию направлений развития систем управления транспортом и их технических компонентов;
в технических заданиях на проведение опытно-конструкторских работ по созданию АСУ транспортом и ее отдельных элементов;
при оценке технических предложений по созданию перспективных средств связи.
По теме диссертации опубликованы 4 статьи в ведомственных журналах, научные результаты работы использованы при проведении 2 НИР, получено положительное решение РОСПАТЕНТа на полезную модель.
Апробация работы проведена на межкафедральном семинаре Академии гражданской авиации.
Структурно работа состоит из введения, трех глав, заключения и приложения, изложенных на 123 листах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 12 таблиц. Объем приложения 10 листов. При разработке диссертации использовались данные 183 источников.
Оценка влияния качества связи на эффективность управления транспортом
Любая сфера деятельности в окружающей среде связана с необходимостью воздействия на различные объекты с целью приведения их в желаемое состояние либо определения их дальнейшего поведения.
Внешние воздействия на объект, направленные на изменение его состояния и (или) характеристик для достижения определенной (заданной) цели принято называть управлением объектом [3.5, 3.9, 3.54, 3.80 и др.]. Управление объектами, различными по своей природе, предполагает использование концептуально общих методов на основе информации: о цели управления; о начальных (условно-начальных) условиях; о внутренней структуре и свойствах объекта; о внешней среде. Формулирование цели управления является отправной точкой при организации процесса управления и формировании критерия эффективности этого процесса. Очевидно, что при отсутствии определенной заранее цели управления процесс управления теряет свой смысл.
Начальные условия описывают состояние объекта с учетом конкретных значений его параметров в некоторый (нулевой) момент времени. В зависимости от цели (целей) управления могут быть выбраны различные временные интервалы и соответствующие значения параметров.
Внутренняя структура и свойства отображают закономерности функционирования объекта и его взаимодействие с внешней средой. Внешняя среда дает объективную характеристику окружающим (предполагаемым) условиям, параметрам и структуре внешних объектов, в той или иной мере оказывающих влияние на функционирование объекта. Наиболее полный учет внешних факторов повышает вероятность совпадения предполагаемого поведения объекта (его свойств) с действительным, что дает возможность принимать наиболее обоснованные решения в процессе управления.
Организационно-техническую основу управления составляет система управления, которая включает объединенную совокупность органов, пунктов и средств управления. При этом последние включают в себя средства автоматизации управления и связи.
Известно [3.11, 3.30, 3.38, 3.80], что главная (основная) цель любой системы, которая является структурным элементом системы более высокого уровня иерархии (метасистемы), полностью определяется последней. Из этого следует, что если транспортную структуру в целом считать метасистемой, то функциональное назначение ее СУ должно обуславливаться потребностями этой метасистемы в качественном управлении транспортом. С этой точки зрения основная цель функционирования СУ заключается в обеспечении оптимального управления транспортом во все периоды его функционирования.
При этом под оптимальным управлением понимается такой процесс сбора, обработки и передачи необходимой информации, принятия обоснованных решений и своевременного их доведения до объектов управления в виде распоряжений, команд и сигналов, который обеспечивает максимальную эффективность использования транспортных возможностей.
Способность достижения данной цели целесообразно отождествлять с внутренней эффективностью СУ, а цели, поставленной перед транспортной структурой, на которую помимо СУ оказывают воздействие возможности подсистем собственно транспорта (подвижной состав, парк машин и т.п.) и материально-технического обеспечения - с внешней эффективностью системы.
Все множество факторов, определяющих эффективность функционирования СУ ТС разделено на подмножества внешних и внутренних. Внешние факторы - это существенная внешняя среда СУ. Внутренние факторы обусловлены проявлением свойств системы. В этой связи необходимо строго определить само понятие «свойство системы».
Пусть Е — множество. Любое свойство, которым может обладать элемент хеЕ, задает в Е подмножество АаЕ всех элементов, обладающих этим свойством. Пусть также задано некоторое отношение R, в котором могут находиться элементы х и у множества Е. Для точного определения свойства полезно рассмотреть подмножество RdExE всех пар, для которых
Задание этого подмножества является, по сути, заданием отношения. Если теперь ввести понятие многоместного отношения, то свойство оказывается одноместным (унарным) отношением. Это доказывает то, что свойство есть частный случай отношения.
Анализ современных концепций в области качества средств связи
В настоящее время вся деятельность, касающаяся вопросов качества, регламентируется «Концепцией национальной политики России в области качества товаров и услуг» [1.2], а также соответствующими нормативно-техническими актами [8.1, ..., 8.5]. Указанные документы были разработаны для того, чтобы помочь организациям всех видов и масштабов внедрить и обеспечить эффективное функционирование систем менеджмента качества (СМК). В своей совокупности эти нормативы образуют комплекс стандартов на СМК, содействующий взаимопониманию основных положений, относящихся к качеству как в национальном, так и в международном масштабе.
В частности, установлено [8.1], что качество - это способность совокупности собственных характеристик продукции, системы или процесса удовлетворять требования потребителей и других заинтересованных сторон. При этом под потребителем в данном ГОСТе понимается организация или лицо, получающее продукцию. С этой точки зрения, если «организацией» считать систему управления транспортом, в интересах которой и разрабатываются (приобретаются) СС, то уровень их качества должен соответствовать требованиям этой системы управления к «собственным характеристикам» (показателям качества) этих средств.
Важно отметить, что качество продукции и услуг является одним из важнейших факторов реализации национальных интересов России во всех сферах деятельности государства [1.2]. Так, в частности, реализацией национальных интересов России в сфере экономики является подъем качества отечественной продукции для достижения ее конкурентоспособности —как на внутреннем, так и на внешних рынках и обеспечение на этой основе устойчивого развития экономики страны и интеграции ее в мировую экономику.
Основными направлениями национальной политики в области качества являются: осознания всеми решающей роли качества в решении экономических, социальных и других проблем. Всеобщее повышение качества отечестл венной продукции и услуг должно стать национальной идеей [1.2]; овладение методами управления качеством исходя из того, что теория качества относится к специальной отрасли знаний, содержащей эффективные методы пригодные к применению в различных спектрах экономики и сферах деятельности; создание общих правовых, экономических, социальных и организационно-технических условий, обеспечивающих предприятиям и организациям возможность успешно решать задачи в области качества; реформирование технического регулирования, обеспечивающего защиту потребителя от недоброкачественной продукции. Перечисленные направления нацелены на формирование общей культуры качества в стране, а также на повышение качества продукции и услуг во всех отраслях экономики. При этом широкое применение должно по 33 лучить внедрение эффективных СМК и прогрессивных методов управления качеством. Как показывает отечественный и мировой опыт [10.3, 10.4], применение СМК дает предприятиям возможность существенно повысить эффективность деятельности, обеспечивать потребителей продукцией, соответствующей их требованиям. Кроме того, создание СМК, ориентированной на внедрение современных технологий и методов управления качеством, служит залогом устойчивого положения на рынке. Общее руководство и управление применительно к качеству обычно включает: формирование целей в области качества; разработку политики в области качества; планирование качества; собственно управление качеством; обеспечение и улучшение качества.
Существенно, что цели в области качества должны выражаться в количественных показателях [8.1, 8.2]. Это необходимо, во-первых, для реализации остальных перечисленных составляющих, а, во-вторых, - для наиболее адекватного отражения состояния и прогнозирования качества, а также поддержки принятия решений в области качества.
При этом в совокупность показателей качества необходимо включать по возможности большее их число, используя все имеющиеся знания, что может быть достигнуто получением новых сведений в результате моделирования или опроса экспертов.
Общее руководство и управление качеством должно базироваться на следующих принципах: системный процессоориентированный подход к управлению качеством; ориентация на потребителя; постоянное улучшение качества; принятие решений, основанное на фактах. Первый принцип предполагает, что к процессу управления качеством необходимо подходить, как к сложной системе с детальным изучением ее системообразующих свойств. К таким свойствам относятся: целостность и делимость процесса; наличие цели управления; эмерджентность (наличие свойств, которые присущи процессу в целом, но не присущи отдельным его составляющим); наличие существенных связей, сила которых значительно выше силы связей процесса с окружающей средой, что и позволяет выделить его в виде единого целостного образования; организация составляющих процесса, подчиненная его целеполаганию.
Математические модели оценки показателей качества средств связи
Обеспечение качества современных средств связи невозможно без применения моделей, позволяющих оценивать и оптимизировать процессы сбора и передачи информации. Как правило, для каждой СУ, в состав которой непременно входят СС, разрабатываются свои модели, учитывающие целевое назначение и специфику функционирования системы. Существует множество моделей, позволяющих оценивать отдельные характеристики функционирования и систем управления и их средств связи [3.1, 3.2, 3.5, 3.9,..., 3.21, 3.32 и др.].
Однако все средства связи имеют одну общую цель - удовлетворение потребностей в обеспечении надежного и своевременного представления полной и достоверной информации. Степень выполнения этих потребностей и характеризует качество СС с точки зрения всей системы управления. Наряду с этим, большинство современных СУ базируется на использовании довольно универсальных технологий сбора, хранения и обработки информации [3.76, 3.78, 3.79]. Оба этих обстоятельства являются аргументами в пользу создания таких достаточно унифицированных моделей, которые позволяли бы по единым функциональным показателям достаточно адекватно оценивать качество СС, сравнивать их различные варианты, выявлять узкие места и оптимизировать процессы сбора и передачи информации. Для оценки качества СС и его оптимизации разработан комплекс мате- матических моделей процессов сбора, приема и передачи информации. При этом основными показателями, характеризующими качество СС являются: вероятность приема (передачи) требуемой информации за заданное время; вероятность надежного функционирования средств связи при выполнении функциональной задачи (ФЗ).
Под надежностью функционирования средства связи в данном случае понимается его свойство при соблюдении эксплуатационных условий применения и технического обслуживания сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность средства обеспечивать прием и передачу информации согласно реализованному алгоритму.
Обобщенная схема управления транспортным средством Состав автомобильного комплекта (рис. 2.3) включает в себя контроллер с системой навигации, а также компьютерным терминалом, модемом и аппаратурой канала связи, тип которой изменяется в зависимости от глубины покрытия системы управления автотранспортом.
Базовое оборудование центра управления (ЦУ) (рис. 2.4) состоит из персонального компьютера с электронной картой и базовым специальным математическим и программным обеспечением, модема и аппаратуры связи. По мере увеличения количества абонентов в системе и сложности управленческих задач, состав радиоэлектронного оборудования может существенно расширяться до сложных информационно-вычислительных комплексов с локальными сетями.
В случайный момент времени возникает необходимость приема (передачи) информации. В этом случае возможны три варианта: запрос, поступивший в процессе сеанса в момент времени t функционирования СС, застает его в работоспособном состоянии и средство находится в этом состоянии все время, необходимое для приема (передачи) информации (обработки запроса); запрос, поступивший в процессе сеанса в момент времени / функционирования СС, застает его в работоспособном состоянии, но средство находится в этом состоянии менее времени, необходимого для приема (передачи) информации (обработки запроса); запрос, поступивший в процессе сеанса в момент времени / функционирования СС, застает его в неработоспособном состоянии. Описанные случаи показаны на рис. 2.5.
Сравнительная оценка вариантов оснащения системы управления транспортом средствами связи по совокупности показателей качества
Хорошее программное обеспечение на основе накапливаемых бач даппьл:. их статистической обработки и прикладных математических w должно ооеспечивать возможности и условия для постоянного разгаї і НУ Л появлении принципиально новьіх технологий управления транспортом.
Система упразления базой данных необходима для обеспечения: эффективного доступа к информации при минимальных затратах времени; проверки на достоверноеть и непротиворечивость данных; широкого набора функций по манипулированию данными: защиты от несанкционированного доступа к информации. Информационная база центрального вычислительною комплекс. должна быть построена с использованием наиболее надежных систем управления базами данных типа Oracle или Microsoft SQL Server.
Прикладное программно - технологическое обеспечение представляет собой комплекс программных средств, реализующих функциональные задачи. пользователей путем обработки, систематизации, обобщения, ин-формацией вмдачи результатов решения Б требуемом виде.
Автоматизированное оперативное управление городским трапепор: ным комплексом должно осуществляться с минимальным задействоваииечі персонала. При этом средства ("У, ь том числе и ее средства связи долж." обеспечивать: автоматизированный контроль маршрутизированного движения транспортных средств, выполняющих транспортную работу, формирование и выдачу в автоматизированном режиме сообщений об отклонениях ».т планов и графиков движения: реализацию управленческих воздействий диспетчера; автоматизированный контроль процесса выпуска подвижного состава па линию. Формирование в автоматизированном режиме сообщений всех нарушениях на выпуске и передача сообщений на терминалы-диспетчеров выпуска парка и диспетчерам ЦУ; формирование и вывод оперативных справок о работе от;$??п.пы.\ транспортных средств; радиосвязь диспетчеров и водителей транспортных средств в процес се выполнения транспортной работы, а также и в случае нештатных ситуаций дія обеспечения безопасности пассажиров и (или) транспортных средст и. формирование выходных отчетных данных.
Важной функцией ішшетсж создание архмівів долговременного хранения данных о работе городского транспорта с ежесуточной архивацией навигационной информации, нарядов, протоколов действий диспетчеров, в водителей (управляющие воздействия, доклады, сеансы переговоров п т.д.).
Как показали результаты моделирования (мрил.), центр управления должен включать 6-8 автоматизированных рабочих мест диспетчеров, ;: центральная диспетчерская станция (ІДДС) - три базовые радиостанции (две - для обеспечения передачи данных, одна - для обеспечения речевом связи и передачи данных) (табл. 3.1 ).
УПК должны быть выполнены на базе кот роллера, имечь цифровые и аналоговые входы для подключения датчиков, а также выходы релейного типа для управления исполнительными устройствами. Наличие навигационного приемника в УПЕ обеспечит вычисление навигационных параметров ПЕ - местоположения (долготу, широту и высоту), скоросіи, курса движения, текущего времени (табл. 3.2). Средствами УПЕ навигационная информация вместе со служебной, включающей и показания датчиков, упаковывается в пакет, модулируется и передается в канал связи. 03
Эффективное функционирование системы управления любой транспортной структуры во многом определяется качеством средств связи, являющихся структурным элементом этой системы. Поэтому уровень качества создаваемых средств полностью зависит от требований управления, предъявляемых к качеству связи. Вследствие этого, обоснование значений показателей качества средств связи должно вестись в рамках единой методики построения системы управления. Только в этом случае обеспечится комплексность и системность решения вопросов взаимоувязки всех показателей системы управления и ее сбалансированности в целом. Разрозненное решение этих задач ведет к созданию локально оптимальных фрагментов системы, что не обеспечивает оптимальности в целом, поскольку оптимальное сочетание показателей значительно важнее, чем сочетание оптимальных показателей.
Формирование системы значений показателей системы управления -(в т.ч. и ее средств связи) должно вестись от -целей, функций и зайЁч всей транспортной структуры к эффективности функционирования ее системы управления и далее - к единичкьгм показателям качества.
При этом выбор конкретных вариантов оснащения системы управления средствами связи целесообразно проводить с учетом того, что на современном этапе развития техника выбор приходится осуществлять среди почти равноценных средств, что требует применения специального математического аппарата. Одним из возможных решений данной задачи является применение ; " .оггнного механизма сравнения, основанного на представлении оавожуимсюти анализируемых вариантов в виде- топологи-чєежого тфс-стракства. Такое-представление дает существенные преимущества перед известными методами сравнения, а также возможность выбора единственного варианта нз множеств альтернатив.
Создание средств связи, в наибольшей степени удовлетворяющих потребности скстемы управлении транспортом, обеспечивающей максимальную эффективность использования транспортных средств, является проблемой, решение которой невозможно без соответствующей теоретической базы проведения исследований. Облик системы управления транспортом, во многом определяемый средствами связи, должен соответствовать целям, функциям и задачам управления.
