Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проблем автоматизации управления вагонопотоками в условиях реформирования железнодорожной отрасли 15
1.1. Этапы развития средств интеллектуализации управления вагонопотоками 15
1.2. Корпоративная информационная система: анализ автоматизации процессов управления вагонопотоками 18
1.3. Исследование проблем структурного развития АСУ вагонопотоками 22
1.4. Анализ методов и алгоритмов автоматизированного управления процессом поездообразования 26
1.4.1. Методы перспективного планирования организации вагонопотоков на железнодорожном транспорте 28
1.4.2. Методы ситуационного управления вагонопотоками 35
Выводы 38
2. Системный анализ процессов автоматизированного управления вагонопотоками 40
2.1. Разработка формальной модели управления вагонопотоками на полигоне транспортной сети 40
2.2. Развитие методики оценки качества автоматизированных процессов управления в рыночных условиях 44
2.3. Анализ структуры целей развития автоматизированной системы управления вагонопотоками 50
2.4. Совершенствование функциональной модели управления вагонопотоками в АСУВ 56
Выводы 61
3. Моделирование технологических процессов управлення вагонопотоками в АСУВ 63
3.1. Разработка методики статистического моделирования вагонопотоков на железнодорожном транспорте в условиях АСУВ 63
3.2. Модель принятия управляющих решений по оптимальной организации вагонопотоков 70
3.2.1. Модель расчета альтернативного варианта плана формирования одногруппных поездов 71
3.2.2. Имитационная модель расчета нормативного плана формирования поездов 75
3.3. Совершенствование модели и алгоритма ситуационного управления вагонопотоками на транспорте 81
Выводы 84
4. Разработка алгоритмов и программных средств автоматизированного управления вагонопотоками 86
4.1. Совершенствование алгоритма расчета альтернативного варианта плана формирования одногруппных поездов 87
4.2. Анализ показателей качества и инструментальных средств разработки программных приложений АСУВ 94
4.3. Разработка варианта интеграции программного обеспечения в автоматизированную систему управления вагонопотоками 99
4.4. Автоматизация процедуры исследования статистической модели вагонопотоков на базе разработанных алгоритмов 100
Выводы 106
Заключение 108
Список литературы
- Корпоративная информационная система: анализ автоматизации процессов управления вагонопотоками
- Развитие методики оценки качества автоматизированных процессов управления в рыночных условиях
- Модель принятия управляющих решений по оптимальной организации вагонопотоков
- Анализ показателей качества и инструментальных средств разработки программных приложений АСУВ
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Стратегическая роль железнодорожного транспорта в экономике России придает процессу информатизации отрасли общероссийскую значимость. Для повышения эффективности функционирования экономики и государственного управления на базе информационных технологий Правительством страны утверждена целевая программа «Модернизация транспортной системы России», имеющая подпрограмму «Информатизация», в которой сформулированы основные направления развития корпоративной информационно-управляющей системы транспорта. Это - создание единого информационного пространства и совершенствование технологии управления перевозками на базе автоматизированных комплексов.
Переход от жесткой моноцентрической системы директивного планирования работы транспорта к рыночному регулированию резко усложнил проблему управляемости железнодорожного транспорта, его способность адекватно реагировать на выбор альтернативных решений [93]. Информационные технологии стали бизнес-образующим фактором отрасли и во многом определяют эффективность ее работы [51]. Стало очевидным, что без мощного информационного сопровождения перевозок на всех этапах управления транспортными потоками, без создания единого информационно-коммуникационного пространства транспортного комплекса России на базе отраслевой, корпоративной информационно-коммуникационной системы невозможна эффективная работа железных дорог на рынке транспортных услуг.
В настоящее время, в рамках программы информатизации отрасли, направленной на совершенствование производственных процессов, выполняется интеграционный системный проект по созданию корпоративной информационной системы управления железнодорожным транспортом. Его отличительной особенностью является переход от информационных моделей к информационно-управляющим, имеющим вертикально-интегрированные механизмы управления. В рыночных условиях главным критерием оценки управленческих ре шений, направленных на рациональное использование материальных, трудовых и финансовых ресурсов системы, является экономическая эффективность деятельности железнодорожного транспорта, один из путей оптимизации которой заключается в сокращении затрат на грузовые перевозки.
Опыт показал, что за счет автоматизации процесса управления сокращается оперативный диспетчерский персонал на 30%, а административный аппарат — на 25%. Автоматизированная система управления грузовыми перевозками (АСУ ГП), как результат объединения всех ранее созданных сегментов прикладных программ, призвана обеспечить интеллектуальную поддержку управления перевозочными процессами и необходимую для этого обработку данных на железнодорожном транспорте. Включенные в ее состав программные комплексы по целевому назначение ориентированы на решение задач: - взаимодействия с грузоотправителями в условиях электронного документооборота - АКС ФТО, ЭТРАН, ЕК ИОДВ; - управления и контроля за выполнением грузовых перевозок — АСОУП, ДИСПАРК, ДИСКОН, ДИСЛОК, ЕМПП; - хранения и анализа информации о выполненных перевозках - КИХ, ЕМПП; - моделирование оптимального управления вагонопотоками на различных уровнях иерархии (ЦУП МПС, РЦУП, ЕДЦУ) - АСУ вагонопотоками.
Главной задачей автоматизированной организационно-технологической подсистемы управления вагонопотоками (АСУВ), интегрированной в АСУ ГП, является сокращение приведенных затрат на грузовые перевозки за счет рационального распределения технических ресурсов инфраструктуры сети, тягового подвижного состава и рабочего парка вагонов.
Рыночное регулирование работы транспорта обусловило переход к «трехслойной» модели управления вагонопотоками и дифференцированному подходу к анализу транспортных потоков. В этих условиях актуальна проблема разработки новых методов и алгоритмов оптимального управления вагонопотоками и их интеграция в АСУВ, решение которых позволит автома тизировать процесс формирования управляющих решений в соответствии с новыми принципами управления.
Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Модернизация транспортной системы России 2002-2010 гг.» (подпрограмма «Информатизация») и Комплексной отраслевой программой оптимизации эксплуатационной работы сети железных дорог России.
К основным направлениям этих программ относятся создание единой информационной среды отрасли, совершенствование технологии управления работой транспорта на базе информационных технологий и средств автоматизации, интеграция разработок в Корпоративную информационную систему железнодорожного транспорта.
Степень разработанности проблемы. Многогранность исследуемой проблемы предполагает ее исследование с позиций системного подхода (Е.М. Ульяницкий, В.Н. Лившиц, А.В. Кутыркин, А.П. Кузнецов), экономико-математического моделирования (А.Ф. Бородин), организации технологических процессов (И.И. Васильев, В.А. Покавкин, К.А. Бернгард, А.К. Угрюмов), современных компьютерных технологий (Е.М. Тишкин, А.Т. Осьминин).
Большой вклад в исследование проблем автоматизации управления перевозками на железнодорожном транспорте внесли труды А.Л. Быкадорова, А.С. Гершвальда, А.Н. Гуды, СВ. Дуваляна, Ю.И. Жаркова, В.Н. Иванченко, В.И. Ковалева, СМ. Ковалева, П.А. Козлова, Э.К. Лецкого, Н.Н. Лябаха, Э.С Поддавашкина, А.Н. Шабелышкова, В.В. Яковлева и многих других.
Однако при всей ценности проведенных исследований в условиях складывающихся рыночных отношений, в рамках указанной проблемы нерешенными остаются задачи:
- оптимального управления вагонопотоками в условиях неравномерности грузовых перевозок и дифференцированного подхода к анализу транспортных потоков;
- оценки функциональной эффективности автоматизированной организационно-технологической системы управления вагонопотоками;
- интеграции управляющих и аналитических автоматизированных подсистем в единую автоматизированную систему управления вагонопотоками.
Сформулированные задачи автоматизации управления вагонопотоками позволили определить объект исследования - подсистему управления вагонопотоками корпоративной информационно-управляющей системы железнодорожного транспорта, и предмет исследования — методы, алгоритмы и средства автоматизации оптимального управления вагонопотоками.
Целью исследований является разработка методического, алгоритмического, программного обеспечения и практических рекомендаций, направленных на автоматизацию управления технологическим процессом поездообразования на основе системного подхода и процедур имитационного моделирования.
Поставленная цель и сформулированные проблемы потребовали решения следующих задач:
- идентификация процессов управления вагонопотоками с целью определения основных направлений совершенствования исследуемого объекта;
- выявление недостатков существующих моделей и алгоритмов автоматизированного управления грузовыми перевозками, разработка рекомендаций по их устранению;
- разработка методического обеспечения для оценки функциональной эффективности исследуемой системы;
- разработка альтернативных структурных решений и средств автоматизации управления процессом поездообразования и их интеграции в АСУ ГП.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту: 1. Математическая модель процесса оптимального управления вагонопотоками, представленная в терминах конечномерной динамической системы, позволяющая определить и обосновать направления оптимизации исследуемой системы.
2. Методическое и алгоритмическое обеспечение автоматизации процесса обработки и анализа информации о выполненных вагонопотоках.
3. Алгоритм формирования нормативной модели управления вагонопотоками, позволяющий повысить точность управляющих решений.
4. Методика и алгоритм ситуационного управления, учитывающие дифференцированный подход к грузовым перевозкам и позволяющие автоматизировать процесс ситуационного управления.
5. Методика оценки эффективности автоматизированной организационно-технологической системы управления поездообразованием на основе разработанных интегральных аналитических показателей качества управления вагонопотоками.
6. Программные средства автоматизированного построения нормативной модели одногруппной технической маршрутизации.
Теоретико-методологической основой исследования являются труды российских и зарубежных ученых по рассматриваемой проблеме, материалы конференций, статьи в сборниках научных трудов и периодической печати по вопросам автоматизации управления грузовыми перевозками.
Методы исследований основываются на теоретико-множественном подходе к решению поставленных задач, математическом аппарате дискретной математики, целочисленного программирования, теории вероятностей и статистики, имитационного моделирования, системного анализа, исследования операций и теории принятия решений.
В качестве инструментарно-методического аппарата были использованы прикладные программные средства хранения, обработки и анализа информации: Microsoft Excel ХР, Statistica 6.0, а также среда визуального программирования CBuilder 5.0.
Информационно-эмпирическую базу исследования составили отчетные данные информационно-аналитических и управляющих автоматизированных систем, функционирующих на полигоне СКЖД (ОСКАР, АСОУП), материалы докладов технических советов дороги, годовые отчеты о проделанной работе за 2000-2003 гг., информационные Intranet и Internet ресурсы МПС, Минтранса России.
Работа выполнена в рамках паспорта специальности 05.13.06. — «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)» и специальности 05.22.08 - «Управление процессами перевозок» по следующим областям исследования: - теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация;
- планирование, организация и управление транспортными потоками;
- теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач и построении АСУ широкого назначения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработана и исследована формальная модель автоматизированной системы управления вагонопотоками, позволяющая определить и обосновать направления и задачи ее развития;
- на базе процедур имитационного моделирования разработан алгоритм анализа устойчивости директивных моделей управления вагонопотоками в условиях суточной неравномерности перевозок, интеллектуализирующий выбор нормативной модели организации вагонопотоков на множестве допустимых решений;
- разработана методика сбора информации о выполненных перевозках в условиях функционирования КИС железнодорожного транспорта, автоматизирующая расчет статистических характеристик планируемых корреспонденции;
предложен алгоритм автоматизации процессов обработки и анализа отчетных данных АС ОСКАР о выполненных вагонопотоках, повышающий точ ность и достоверность результатов имитационного моделирования при расчете нормативной модели управления вагонопотоками;
- усовершенствован алгоритм автоматизации расчета директивной модели управления одногруппной технической маршрутизацией методом направленного перебора, повышающий вычислительную эффективность процесса имитационного моделирования при расчете нормативной модели управления вагонопотоками;
- предложен алгоритм ситуационного управления, учитывающий дифференцированный подход к грузовым перевозкам и автоматизирующий процесс принятия управляющих решений в условиях развития АСУ вагонопотоками;
- разработаны интегральные аналитические показатели качества, оценивающие эффективность автоматизации управления технологическим процессом поездообразования в организационно-технологической системе управления вагонопотоками.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в уточнении принципов системного подхода к описанию и исследованию процессов управления вагонопотоками на железнодорожном транспортном полигоне.
Дальнейшее развитие теоретических положений в данном направлении позволит адаптировать административно-организационную структуру управления к современным требованиям, предъявляемым к грузовым перевозкам; усовершенствовать систему показателей качества управляющих решений; разработать эффективный алгоритмический аппарат для создания единой автоматизированной системы управления, контроля и анализа грузовых перевозок, интегрированной в Корпоративную информационную систему железнодорожного транспорта.
Практическая значимость исследования определяется потребностью в развитии средств автоматизации оптимального управления вагонопотоками на транспортной сети дороги в условиях неполноты информации. В работе достигнуты следующие практические результаты: - на базе существующих информационно-управляющих систем железнодорожного транспорта разработаны программные средства для автоматизированной обработки и анализа информации о выполненных размерах суточных вагонопотоков. Полученные экспериментальные результаты подтвердили технологическую и экономическую эффективность применения созданных программных средств по отношению к реализуемой ручной методике сбора и обработки информации;
- разработан комплекс программных средств автоматизации расчета и анализа нормативной модели управления одногруппной технической маршрутизацией. В рамках разработанного программного комплекса решены следующие прикладные задачи:
- выбор оптимальных путей следования вагонопотоков на различных транспортных сетях;
- расчет множества альтернативных моделей управления одногруппной маршрутизацией на различных полигонах дороги;
- анализ устойчивости полученных альтернативных моделей к суточным колебаниям вагонопотоков, выбор нормативной модели по критерию дополнительных затрат;
- формирования множества директивных вариантов ситуационного управления с учетом колебаний размеров перевозок.
Апробация работы. Основные положения представленной диссертации были предложены и одобрены на:
- заседаниях кафедры «Вычислительная техника и автоматизированные системы управления» РГУПС в 1999-2002 годах;
- 7-й международной научно-практической конференции «Информационные технологии на железнодорожном транспорте» (9-12 октября 2002 г., Санкт-Петербург);
Первой межведомственной научно-практической конференции «ТелеКом-Транс - 2003» (23-25 апреля 2003 г., Сочи).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе одна - в центральной печати.
Внедрение результатов работ. Материалы диссертационного исследования были использованы при разработке методов и показателей оценки качества управления грузовыми перевозками, проектирования и реализации автоматизированной системы расчета нормативной модели управления одногруппной технической маршрутизацией с учетом динамики зарождения вагонопотоков на транспортном полигоне, а также в учебном процессе при создании методических и учебных пособий. Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.
Личный вклад автора. Данная диссертационная работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника и автоматизированные системы управления» (заведующий кафедрой - доктор технических наук, профессор Е.М. Улья-ниций) в период с 1998 по 2003 гг.
Идея данной диссертационной работы, ее тема и цели предложены и сформулированы лично автором работы. Методы и алгоритмы оптимального управления вагонопотоками усовершенствованы, адаптированы и реализованы в виде программных средств автоматизации автором работы. Все экспериментальные результаты обработки и анализ выполненных вагонопотков получены автором лично. Анализ и обобщение полученных данных, формулировка выводов по результатам исследований, а также оформление графического материала проведены автором диссертации.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность за внимание, поддержку и неоценимую помощь, оказанные при выполнении работы, сотрудникам кафедр «ВТ и АСУ», «Информатика», «Управление эксплуатационной работой» РГУПС.
Автор благодарит за предоставление практического материала сотрудников СКЖД: заместителю начальника - начальнику службы перевозок Ш.И. То-каеву, первому заместителю начальника службы перевозок С.Д. Числову, главному технологу по плану формирования поездов Н.Н. Путинцевой, а также выражает благодарность начальнику отдела спецперевозок МВД России на СКЖД полковнику внутренней службы П.И Василенко.
Логическая структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и трех приложений. Основное содержание диссертации изложено на 111 страницах, содержит 18 рисунков и 4 таблицы. Список использованной литературы включает 96 наименований отечественных и зарубежных источников.
Корпоративная информационная система: анализ автоматизации процессов управления вагонопотоками
Варианты поездообразования на транспортном полигоне: N(k) — суточный размер к -го вагонопотока (ваг.); Z,. - значение приведенных затрат поездообразования по /-му варианту (вагоно-ч); С} — затраты накопления состава на станции j (вагоно-ч); Plq - приведенные затраты переработки вагонопотока / на станции q (вагоно-ч) Декретом «О ликвидации частных железных дорог» [40] было положено начало плановой работе железнодорожного транспорта. В практике работы появилась необходимость во взаимодействии станций, специализации грузовых поездов и максимальном использовании резервов. Специализация впервые была введена на Октябрьской дороге для станции Ленинград-Сортировочный, которая стала формировать поезда на девять специализированных назначений, а в случае отсутствия груза на одно из них - групповые поезда.
Идея формирования специализированных и групповых поездов была правильная, но не подкрепленная необходимыми расчетами и организационными мероприятиями, специализация иногда не давала должного эффекта, особенно групповая маршрутизация. Группы подбирались произвольно, без постоянного веса и назначения вагонов, и поэтому поезда простаивали на попутных станциях из-за частой переработки. В последующие годы специализацией поездов занимались созываемые маршрутные съезды. На одном из них в 1931 г., кроме схемы специализации поездов, были даны определения [30]: - маршрутам прямого назначения; - маршрутам местного назначения; - сквозным специализированным поездам.
Несмотря на имевшиеся необходимые данные для установления эффективности назначения специализированных поездов, определить полный экономический эффект от них не представлялось возможным, так как схемы специализации разрабатывались только на основе отчетных данных. Первые попытки разработать план формирования грузовых поездов на сети, описывающий нормативную модель поездообразования, были сделаны в 1935-1936 гг. Лучший вариант его определяли поструйно с помощью аналитических расчетов [17].
В послевоенный период ряд работ был посвящен передовым приемам расформирования и формирования поездов, организованному подводу групп вагонов к станции и др. [48]. Были выполнены теоретические разработки, связанные с совершенствованием системы управления вагонопотоками. Все это позволяло создать основу для совершенствования методики расчета плана формирования поездов.
Второй этап развития теории организации вагонопотоков связан с созданием ЭВМ. Возникла необходимость в разработке эффективных алгоритмов и средств автоматизированного расчета плана формирования [6, 16, 85]. В 1960 году были предприняты первые попытки автоматизации расчетов на сети железных дорог. Сначала это делалось по программе ХабИИЖТа и ЦНИИ. В 1965 году все расчетные направления были просчитаны по программе МИИТа [69], которая имела ряд преимуществ перед ранее применявшимися. В период с 1960 по 1985 годы было создано более десятка методов и алгоритмов расчета плана формирования и его оперативной корректировки. Однако различие между ними состояло лишь в выборе алгоритма решения исследуемой задачи и не затрагивало основополагающих принципов расчета. К наиболее известным методам расчета того времени следует отнести метод совмещенных аналитических сопоставлений, предложенный К.А. Бернгардом [6], метод последовательного приближения В.А. Покавкина [66], метод ХабИИЖТа, алгоритм метода «ветвей и границ» А.В. Кутыркина [46].
Конец XX столетия характеризуется некоторым застоем в решении проблемы оптимального управления вагонопотоками. Отчасти это связано с резким спадом производства, неблагоприятными экономическими и политическими событиями в жизни страны.
Переход к новой модели системы управления перевозочным процессом, осуществляемый в рамках Программы информатизации железнодорожного транспорта, вновь привлек внимание специалистов к поиску эффективных методов автоматизации расчета нормативных моделей управления перевозками [37]. Причем возникла необходимость пересмотра не столько алгоритмов расчета и совокупности исходных данных, критериев оптимизации, ограничений, задаваемых на этапе описания математической модели, но и формирование нового подхода для решения сформулированной задачи.
Корпоративная информационная система: анализ автоматизации процессов управления вагонопотоками Современные информационные технологии на транспорте из вспомогательных средств поддержки управления превратились в один из основных элементов инфраструктуры железнодорожного транспорта, и перешли в класс основных технологий. Автоматизация технологических процессов в настоящий момент является наиболее эффективной стратегией повышения их качества.
Развитие методики оценки качества автоматизированных процессов управления в рыночных условиях
Анализ множества значений данного показателя Ктур={Кур,К2ур,...,К"р,}, рассчитанных по итогам нескольких исследуемых временных интервалов, позволит оценить уровень подготовки лица, принимающего решение (ЛПР): U = - =! ;tfe(0;l]. (2.12) п Качество нормативной модели: I Zopt Кт пф ; «,е[0;оо). (2.13)
Показатель позволяет оценить точность планирования организации ваго-нопотоков. Предельные границы интервала его варьирования характеризуют ситуации полного отсутствия планирования (верхняя граница) и достижение идеальных методов расчета нормативной модели (нижняя граница). Точность плана увеличивается при ATrt1- 0. При значении Кю =0 система (рис. 2.1.) трансформируется в идеальную модель управления, которая характеризуется абсолютной точностью нормативных планов и, как следствие, избыточностью блока анализа выходных величин.
Эффективное применение разработанных показателей предполагает разработку и внедрение статистической модели выполненных перевозок, позволяющих выполнить моделирование процесса поездообразования по нормативному плану формирования (расчет гпф) и модели ситуационного управления для формирования комплекта оптимальных управляющих решений за исследуемый период (Zopl).
Оптимизация приведенных показателей достигается посредством улучшения структурных свойств АСУВ. По результатам исследования функциональной модели (рис. 2.1) и интегральных показателей качества (2.11—2.13) была разработана иерархическая структура свойств, влияющих на качество работы системы (рис. 2.3).
Анализ структуры if елей развития автоматизированной системы управления вагонопотоками Возможные направления развития автоматизированной системы управления вагонопотоками определяются двойственным подходом к изучению ее деятельности и формулируются как: - повышение качества функционирования системы. Данное направление является определяющим при неполном удовлетворении потребительских качеств транспортной продукции; - оптимизация структурной схемы управления грузовыми перевозками. Целью данного направления развития является снижение суммарных затрат на поддержание работоспособности системы при удовлетворительном уровне качества ее продукции.
Для определения актуального направления развития была сформулирована и исследована структура целей железнодорожного транспорта.
Понятийный аппарат системного анализа определяет систему как множество связанных друг с другом элементов некоторой определенной совокупности, образующих целостный объект при условии задания для этих элементов и отношений между ними некоторой цели и некоторых ресурсов для достижения этой цели [35]. Цель — образ несуществующего, но желаемого состояния среды, представление некоторого, наиболее предпочтительного состояния системы.
В соответствии с принципом двойственности, цели работы системы железнодорожного транспорта следует разделить на две группы: - внутренние (определяющие направление развития системы); - внешние (описывающие оптимальное состояние системы для удовлетворения клиентской базы в продукции транспорта).
Проводимое в настоящее время реформирование железнодорожного транспорта направлено на развитие системы, что обусловливает смену целей ее деятельности. Сегодня, главная цель функционирования железнодорожного транспорта формулируется как: обеспечение конкурентоспособности железнодорожных перевозок на рынке транспортных услуг в условиях получения оптимальной (максимальной) прибыли и сохранения ее положительной динамики.
С другой стороны, при переходе межотраслевых отношений от системы жесткого планирования к рыночной экономике, произошла трансформация внешних целей функционирования железнодорожного транспорта. Если ранее основной акцент приходился на выполнение заданного объема перевозок, то теперь - на транспортное обслуживание клиентов. Поэтому основную внешнюю цель работы железнодорожного транспорта можно определить как: наиболее полное удовлетворение потребностей клиентуры в перевозках при дости-э/сении требуемого качества транспортного обслуоісивания.
Модель принятия управляющих решений по оптимальной организации вагонопотоков
Структурные особенности процедуры планирования формируют систему дополнительных ограничений на исследуемую модель объекта управления, описанную в пункте 2.1. 1) начальное состояние объекта управления строго определено действующим вариантом плана формирования поездов; 2) в начальный момент система находится в состоянии покоя; 3) нединамический характер процесса определяет ряд ограничений на элементы модели объекта управления: T = {t0,tx) Q = 0 (3.15) р = 0.
Обобщенная модель подсистемы планирования отражена на рис. 3.2, где: U — расчетные значения вагонопотоков на планируемый период; X = {(х0,х(т)к)};к є N+;mєМ - множество возможных вариантов плана формирования, формирующих фазовое пространство системы, где: х0 — начальное состояние системы, определяемое действующим вариантом плана формирования поездов; х{гп)х — множество альтернативных вариантов плана формирования; М — множество управляющих решений, направленных на изменение действующего плана формирования с целью его оптимизации; Y = {{yQ,y(m){} — множество траекторий фазового пространства выходных величин. Для исследуемой модели данный параметр характеризует значение общих затрат планового объема перевозок; О — множество, определяющее правила и порядок процесса поездообразования на транспортной сети.
Рис. 3.2. Модель процесса планирования организации вагонопотоков Детерминированное начальное состояние системы, описанное действующим вариантом плана формирования, приводит параметр качества управления к виду: У(т)\ =T?(t\ x(m\ )- min. (3.16)
Описание модели на данном уровне формализации не позволяет принимать управляющих решений для конкретных ситуаций. Необходимо описать каждый элемент модели некоторыми физическими величинами (их совокупностью). Анализ технологического процесса позволил установить следующие соответствия. 1. Множество О определяет топологию транспортной сети, характеристики ее элементов, порядок поездообразования и описывается множеством: O = (G(V,E,f),S(Kr,Nr,T-),W(L0,Vu),R(C0,m0),M;,M , (3.17) где G(V,E,f) — ориентированный граф, характеризующий топологию транспортной сети: V— множество расчетных станций (вершины графа), V = п; п є R; /- бинарное отношение на множестве V, определяющее элементы множества Е. В дальнейшем/будем обозначать как "— "; Е- множество участков (ребра графа) Е (zV2;E = {(v,u):veV;ueV;v- u}. Заданный ориентированный граф не имеет петель и изолированных вершин: (v v) /; (зт (yveV)(3ueV)(v- u). V } S(K ,NX,T) - множество эксплуатационных характеристик станций: К -максимальное количество накапливаемых назначений на станции /, TV3" -максимальный суточный объем переработки вагонов, Т — экономия времени от проследования вагона назначения по транзитной станции j участка /- / без переработки;
W(L0,Vy) — множество эксплуатационных характеристик участков: Ly — длина участка, v0 - участковая скорость движения;
К{Си,ту) — множество, определяющее характеристики назначений: ту — нормативная длина состава, С0 = (ст)у — нормативные затраты вагон-очасов на накопление (с. — параметр накопления назначения); М,My —множество обязательных и запрещающих назначений соответственно. 2. План формирования поездов определяется тройкой X = {х: (Ry, G, N?)}, где: Ry - маршрут следования назначения (/,/); G, — группы вагонов, назначением (p,q), включаемых в состав поезда назначения (i,j); Nfj - расчетная длина состава, назначением (/,/). 3. Значения расчетных вагонопотоков определяются таблицей — «шахматкой» U = {Ny}. 4. Множество управляющих решений зададим как совокупность измененных назначений М = {т:(к и,Up,N )};Шпх = 0 5. Целевая функция модели описывает максимальную экономию ресурсов, полученную в результате улучшения схемы организации вагонопотоков: i.jeV кеУ ijeV i.jeV p,cjeV Vpl/ где {p -» q) — множество транзитных участков следования назначения (J,j);
Анализ показателей качества и инструментальных средств разработки программных приложений АСУВ
Актуальность проблемы совершенствования методов и алгоритмов оптимального управления вагонопотоками и их интеграция в АСУВ, обусловленная необходимостью перехода к «трехслойной» модели управления перевозками и дифференцированному подходу к анализу транспортных потоков в условиях рыночного реулирования работы железных дорог, определила круг основных задач, требующих научно-обоснованного решения: - идентификация объекта управления и механизма выработки управляющих решений с учетом современных требований к организации вагоно-потоков на железнодорожном транспорте; - разработка методов, оптимизационных моделей и алгоритмов автоматизированного управления вагонопотоками, позволяющих достичь требуемого уровня качества грузовых перевозок; - создание программных средств автоматизации планирования и ситуационного управления организацией вагонопотоков и их интеграция в корпоративную информационную систему железнодорожного транспорта.
В рамках решения сформулированных задач в диссертационной работе были достигнуты следующие основные результаты:
1. Выполнен анализ проблем развития АСУ вагонопотоками как элемента корпоративной информационной системы железнодорожного транспорта, дана их классификация по технологическому, алгоритмическому и техническому признакам.
2. Проведен анализ алгоритмического обеспечения АСУВ по критериям точности и вычислительной эффективности, результаты которого позволили: - выделить метод последовательного приближения для автоматизированного расчета нормативной модели управления вагонопотоками и сформулировать направления его развития в условиях неравномерности исходных вагонопотоков; - обосновать необходимость разработки нового алгоритма ситуационного управления, ориентированного на дифференцированный подход к опера тивному управлению вагонопотоками.
3. Разработана формальная модель управления вагонопотоками, интеллектуа- лизируїощая методику построения и анализа процессов автоматизированно го управления вагонопотоками на железнодорожном транспорте. В ходе ис следования модели были достигнуты следующие результаты: - разработаны интегральные показатели качества функционирования АСУВ и ее элементов, оценивающие точность управляющих решений в процедурах нормативного моделирования организацией вагонопотоков и ситуационного управления поездообразованием; - упорядочены структурные свойства автоматизированных подсистем планирования и ситуационного управления, улучшение которых позволит повысить качество управления; - структурированы цели функционирования железнодорожного транспорта, определяющие направление совершенствования автоматизированной системы управления вагонопотоками в условиях развития корпоративной информационной системы; - разработана структура целей-задач, решение которых направлено на повышение качества автоматизации процессов управления; - усовершенствована функциональная модель АСУ вагонопотоками, позволяющая, за счет включения дополнительного блока анализа нормативной модели, повысить эффективность принимаемых решений в условиях неравномерности зарождающихся вагонопотоков.
4. Разработана методика статистического моделирования вагонопотоков, учи тывающая структурные особенности аналитической информации о вагоно потоках, предоставляемой функционирующими на транспорте автоматизи рованными системами (АСОУП, ОСКАР, КИХ). Предложен алгоритм авто матизации расчета параметров статистической модели, интеллектуализи-рующий задачи: - привязки выполненных вагонопотоков к расчетным и пограничным станциям транспортного полигона; - преобразования расчетной схемы транспортного полигона с сохранением ее топологии.
5. Разработаны модель и алгоритм автоматизации выработки управляющих решений по выбору нормативного варианта поездообразования в условиях недетерминированного характера зарождающихся вагонопотоков, позволяющие сократить эксплуатационные затраты на этапе ситуационного управления перевозками за счет рационального распределения мощности технических ресурсов сети. В рамках разработанной модели принятия решений уточнена система понятий, описывающих оптимизационные процессы перспективного планирования и ситуационного управления вагонопотоками.
6. Создана модель и разработан алгоритм ситуационного управления вагонопотоками, автоматизирующие процедуру анализа поездного положения на транспортной сети с учетом дифференцированного подхода к зарождающимся вагонопотокам. Результатом работы алгоритма является набор управляющих решений, оптимизирующий функционирование системы на заданном временном интервале.
7. Усовершенствован алгоритм автоматизации расчета альтернативной модели поездообразования методом последовательного приближения. Исключение избыточного блока проверки на общее достаточное условие позволило повысить вычислительную эффективность алгоритма.
8. Разработан и предложен вариант интеграции программного комплекса автоматизации процессов планирования и ситуационного управления в АСУ вагонопотоками.
