Разработка моделей и методов управления грузовыми перевозками

Железнодорожный транспорт СССР, выполняя основной объем грузовых перевозок, объединяет тридцать две железные дороги. В результате непрерывного изменения дислокаций тысяч.'' единиц подвижного состава на железных дорогах могут создаваться критические производственные ситуации, которые требуют оперативного анализа и принятия конкретных мер. Решение этих задач зависит в первую очередь от эффективности системы управления грузовыми перевозками.

Разработка моделей и совершенствование методов управления грузовыми перевозками в рамках автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом /АСУЖТ/ позволяют осуществлять эффективное управление грузовыми перевозками. Очевидно, что цель системы управления грузовыми перевозками с использованием современных методов теории управления, средств железнодорожной автоматики и вычислительной техники заключается в том, чтобы поддерживать требуемые значения показателей процесса перевозок, что соответствует основному направлению технического прогресса в IX-XI пятилетках и решениям партии и правительства /3−5/. Одной из важных задач такой системы является слежение за продвижением подвижного состава. В настоящей работе из совокупности фрагментов процесса грузовых перевозок выделен целый класс объектов /поезда, вагоны, грузы/, слежение за которыми включает функции сбора, обработки и выдачи соответствующим пользователям данных о месте нахождения этих объектов слежения.

Следует отметить, что при решении задач, связанных с автоматизацией управления, значительную роль смогут сыграть методы.

— 5 имитационного моделирования, так как по данным моделирования может быть оценена эффективность различных принципов управления грузовыми перевозками.

С другой стороны эффективное управление грузовыми перевозками зависит от своевременности информации и исходных данных, сведений об отклонениях перевозочного процесса, передаваемых через сеть передачи данных. При этом структура сети передачи данных существенным образом влияет на ценность получаемой информации, так как при прохождении по сети передачи данных она может терять свою ценность из-за задержек и искажений. Для решения этой проблемы необходимо создавать методы синтеза оптимальных сетей передачи данных, обеспечивающие требования по доставке информации при минимальных затратах.

Как известно /24/, решение задачи синтеза сети передачи данных в общем виде связано с необходимостью решения многоэкстремальной задачи. С целью упрощения решения этой задачи предусматривают её декомпозицию на ряд более простых подзадач, что является проблемным вопросом.

Вышеуказанные факторы определяют актуальность настоящей работы, целью которой является разработка структуры системы автоматизированного управления грузовыми перевозками, разработка и проектирование оптимальной сети передачи данных.

Основные теоретические исследования направлены на разработку моделей и методов управления грузовыми перевозками и проводились с использованием аппарата имитационного моделирования, исследования операций, теории графов, теории потоков, математического программированиятакже проводились экспериментальные расчеты для реального объекта на ЭВМ.

Научная новизна теоретических и практических положений работы обусловлена как получением некоторых общих методических и практических решений по автоматизации управления грузовыми перевозками, так и выбранным подходом к исследованию операций грузовых перевозок:

— для формализации процесса управления грузовыми перевозками в отличие от известных моделей предложено использовать имитационную модель операций обработки поездов и вагонов, вырабатывающую информацию о требуемых изменениях технологического режима операций процесса перевозок, и модель сети связи в виде графа, обеспечивающего заданные требования по доставке этой информации;

— для первичных сообщений, используемых на железнодорожном транспорте для управления грузовыми перевозками, определена оптимальная емкость буферной памяти концентраторов информации. С этой целью для каждого типа сообщений были исследованы объемы трафика в географических пунктах, соответствующих узлам графа связи;

— определена аналитическая зависимость величин избыточности каналов связи от требуемой надежности подсистемы с учетом вероятности безотказной работы одного канала.

Основные научные результаты работы следующие:

1. Выполнена математическая постановка задачи слежения за грузами и вагонами. Предложено решение этой задачи на базе алгоритмов, синтезированных методом имитационного моделирования.

2. Выполнена математическая постановка задачи нормирования операций грузовых перевозок. Предложен математический аппарат для определения расчетного оптимального времени выполнения заданного цикла перевозок.

3. Выполнена математическая постановка задачи эффективного проектирования и оптимизации сети связи с точки зрения повыше.

— 7 ния ее надежности. Решена задача синтеза надежной системы.

4. На основе исследования существующей системы управления груч". зовыми перевозками построена ее информационная модель, для анализа которой использована матричная модель, синтезированы моделирующие алгоритмы операций грузовых перевозок.

5. Разработана инженерная методика проектирования сети связи.

Решение этих вопросов осуществлялось с позиций системного подхода к созданию автоматизированной системы управления грузовыми перевозками, предусматривающего взаимосвязанный синтез информационно-функциональной структуры и сети связи на выделенном полигоне.

Основными практическими результатами работы являются:

1. Разработка, программирование и экспериментальная проверка с помощью моделирования на ЭВМ основных унифицированных алгоритмов синтеза сети связи.

2. На основе предложенных унифицированных алгоритмов на примере Закавказской ж.д. синтезирована конкретная сеть связи. Предложения приняты для внедрения на Закавказской ж.д. при разработке перспективной схемы связи по полигону дороги.

Диссертация состоит из четырех глав.

В I главе выделяется исследуемый подкласс объектов перевозочного процесса, анализируются проблемы и задачи, связанные с процессом грузовых перевозок. Дается перечень возмущающих воздействий, характерных для данного процесса, и рассматривается их влияние на функцию старения информации. Предлагается формальное определение зависимости ценности информации от временных параметров производственного процесса. Выполняется аналитический обзор литературы по проблеме автоматизации управления процессом грузовых перевозок. Обосновывается необходимость автоматизации процесса оперативного слежения за грузовыми перевозками, определяются задачи процедуры слежения за процессом грузовых перевозок.

В главе 2 представляется математическая модель задачи автоматизации управления процессом грузовых перевозок как задачи слежения за грузами и вагонами на выделенном полигоне. Для определения оптимальной величины времени на выполнение заданного цикла грузовых перевозок предлагается математическая модель задачи нормирования операций грузовых перевозок. Дается математическая модель варианта общей задачи синтеза сети связи, предусматривающая ее декомпозицию на ряд подзадач.

В главе 3 исследуется неавтоматизированная система слежения за грузовыми перевозками. В качестве метода исследования предлагается построение информационной модели и пути его анализа. Синтезируются данные, необходимые для осуществления процедуры слежения, реализуется задача синтеза алгоритмов, осуществляющих в масштабе реального времени контроль за выполнением грузовых и технических операций процесса грузовых перевозок.

В главе 4 на примере Закавказской ж.д. рассматривается процесс синтеза сети связи. С целью решения подзадач общей задачи синтеза сети излагаются принципы разработки алгоритмов, способствующих проектированию оптимальной структуры сети связи. Приводятся результаты исследования на ЭВМ этих алгоритмов и структурная схема организации связи.

В приложениях приведены перечень реквизитов, используемых для информационного обеспечения грузовых перевозок и их условные обозначения, данные, на которые рассчитывается сеть связи, унифицированные алгоритмы, результаты расчетов с помощью ЭВМ.

Выводы.

1. С целью определения оптимальной топологии разработан комплекс унифицированных алгоритмов синтеза сети передачи данных,.

2. Основные алгоритмы синтеза сети связи были исследованы на ЭВМв результате исследования была подтверждена правильность их функционирования и получены количественные и качественные оценки, предназначенные для проектирования системы передачи данных Закавказской ж. д.