Управление работой грузовых железнодорожных станций: Теория, методы автоматизации, опыт внедрения

Железнодорожный транспорт одна из важнейших, ключевых отраслей экономики народного хозяйства — это объединяющее, связующее звено экономики .

В условиях перевода экономики страны на регулируемые рыночные отношения и внедрения на железнодорожном транспорте принципов полного хозрасчета, самоокупаемости и самофинансирования необходимо по новому взглянуть на основную задачу транспорта, выявлять и учитывать все затраты в процессе перевозок грузов .

Выдвинутый ранее тезис о своевременном, качественном и полном удовлетворении потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышения экономической эффективности его работы в настоящее время подкрепляется материальной заинтересованностью всех сторон и становится определяющим для финансового благополучия отрасли.

Решение этих вопросов позволяет сделать вывод о необходимости изменения стратегии организации перевозок грузов, выработки новых эксплуатационных принципов организации транспортного процесса, требований к технологии работы и системе управления .

В этих условиях огромное внимание должно уделяться техническому перевооружению материальной базы железных дорог, совершенствованию технологии их работы .

Железные дороги располагают мощным производственным и кадровым потенциалом. Главная задача состоит в том, чтобы использовать его эффективно, что возможно только на основе повышения темпов и эффективности развития экономики на базе ускорения научно-технического прогресса технического перевооружения и реконструкции производства, интенсивности использования созданного производственного потенциала, совершенствования системы управления, хозяйственного механизма. / 2 /".

Ускорение научно-технического прогресса это основной рычаг интенсификации производства во всех звеньях сложного железнодорожного хозяйства. Общесоюзные, отраслевые и целевые научно-технические программы включают большой перечень задач и проблем, требующих решения на железнодорожном транспорте. Решение и внедрение этих задач в жизнь позволит поднять экономическое, техническое и технологическое обеспечение перевозочного процесса на новый более высокий уровень.

Ускорение научно-технического прогресса, рост эффективности производства неотделимы от качества обслуживания, соблюдения четкого ритма работы транспортного конвейера. Решение этой проблемы, в первую очередь, должно предусматривать совершенствование системы оперативного управления и технологии работы пунктов зарождения и погашения грузопотоков и потоков информации о грузах — грузовых станций.

Качественное улучшение работы железнодорожного транспорта основывается на ускорении внедрения новой техники, прогрессивной технологии и автоматизированных систем управления (АСУ) перевозочным процессом, работой подразделений железнодорожного транспорта, и тем самым обеспечение выполнения государственного плана перевозок.

В сложившихся условиях работы железнодорожного транспорта для организации всей эксплуатационной работы, оперативного планирования требуется наличие своевременной и точной информации о размещении и состоянии вагонов, локомотивов, состоянии объектов и технических средств, сведений о ходе погрузки и выгрузки и т. д. с целью своевременного осуществления управ-V ляющих воздействий.

Вместе с тем, необходима оптимизация производственных планов и норм работы: планов перевозок, технических норм эксплуатационной работы, плана формирования и графика движения поездов, оперативных планов и других плановых и нормативных документов с тем, чтобы максимально использовать резервы технических средств железных дорог.

Все это требует применения экономико-математических методов и алгоритмов, позволяющих находить оптимальные решения на основе современных электронновычислительных машин (ЭВМ) и средств передачи и обработки информации".

Наибольший эффект применение ЭВМ дает не в виде автономных машин, решающих отдельные не связанные между сооой задачи, а в составе АСУ, обеспечивающих автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации процесса управления. Такие системы являются человеко-машинными, в них человек взаимодействует с машиной в режиме диалога и принимает в соответствии с рекомендациями, выдаваемыми ЭВМ, окончате-льные решения.

Рассматривая актуальность поставленных задач по созданию АСУ на транспорте, Министерство путей сообщения утвердило техническое задание на комплексную автоматизированную систему управления железнодорожным транспортом.

Создание автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ) является составной функциональной подсистемой ОГАС" АСУЖТ включает в себя 19 функциональных подсистем и иерархически является трехуровневой системой, предус-. матривающеа уровни МЦС, дороги, узла (станции).

Входящие в дСУХТ подсистемы сами представляют собой доводьно сложные многоуровневые системы, включающие несколько функциональных субподсистем. В частности, система АСУМ включает: систему автоматизации коммерческих операций — АСКОавтоматизированную систему управления контейнерами — АСУ «Контейнер» — автоматизированную систему управления грузовой станцией — АСУГ.

Оптимальное планирование и управление развитием такой многоотраслевой иерархической системы представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Решению этой проблемы в целом для АСУЖТ было посвящено проведенное в ЦНИИ МПС комплексное исследование управляемой системы и системы управления, в результате которого были разработаны «Основные положения генеральной схемы развития АСУЖТ». Разработка генеральной схемы велась на основе анализа отечественного и зарубежного опыта использования ЭВМ на железных дорогах, с учетом тенденций и перспектив развития технических средств АСУ и ресурсных ограничений.

Путем сравнения ориентировочных оценок эффективности решения различных задач по подсистемам, степени проработанности алгоритмов, учитывая важность подсистем и задач, связанных с перевозочным процессом-, были выявлены подсистемы, группы задач и отдельные задачи АСУЖТ и распределены на очереди внедрения.

Создание системы АСУЖТ заключается, таким образом, в постепенном наращивании новых функций и задач в соответствии с намеченным планом.

Формирование общего направления развития АСУЖТ в Основных положениях не исключает, а, наоборот, предполагает разработку эффективных путей развития частных подсистем, поскольку в пределах общих рекомендаций невозможно учесть спецификуразвития каздой конкретной подсистемы и ее задач.

В настоящее время на очереди стоят вопросы рационального внедрения АСУ грузовой и коммерческой работы на нижней уровне управления — грузовых станциях. Для грузовой станции, в рамках общесистемного исследования, выявлен перечень и осуществлена формализованная постановка ряда оптимизационных задач текущего планирования и рутинных операций, учета грузов на складах и подъездных путях и других, которые полностью или частично могут быть реализованы для ооеспеченин оптимального управления грузовыми станциями. Поэтому особую актуальность приобретают вопросы оптимизации оперативного управления работой грузовой станции на основе создания единой системы, посредством которой различные теории в решении отдельных задач сравниваются, противопоставляются и взаимно дополняют друг друга.

Создание системы оперативного управления, функционирующей в реальном масштабе времени, требует разработки информационносправочной системы и средств общения человека с машиной.

Вопросам эффективного построения систем управления на разных уровнях уделяется большое внимание такими транспортными организациями, как: ИКТП, ВШШТ, МЙИТ, ЛИИЖГ, РИСМ, ПКТБ АС ИТ и другими.

Следует отметить, что в настоящее время нет единой методической основы комплексного решения проблемы оптимального управления работой грузовой станцией как сложной системы.

В связи с этим, целью диссертационной работы является разработка теоретических основ построения системы оптимального оперативного управления работой грузовой станции.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе формируется концепция системного подхода к описанию, анализу и синтезу сложной системы грузовой станции на основе математических методов теории многоуровневых иерархических систем.

При рассмотрении локальных подсистем управления, выделенных в результате агрегирования и декомпозиции, используются методы комбинаторного анализа, математического программирования, теории графов и другие методы исследования операций, позволяющие оптимизировать работу погрузочно-разгрузочных машин, локомотивов, технической и товарной контор, грузовых складов и автотранспорта.

Особое внимание уделено разработке верхнего уровня управления, который представляет человеко-машинную систему принятия решений.

Принципиально новым научным направлением в предлагаемой диссертационной работе является создание теоретических основ описания функционирования грузовой станции как сложной системы, решения комплекса задач оперативного управления на основе экономико-математических методов, построение алгоритма оптимального плана работы грузовой станции, разработка общих принципов построения человеко-машинной диалоговой системы оперативного планирования на основе интегрированной обработки информации в банке данных, определение роли и места АСУ ГС в работе транспорта и расчет перспективного внедрения АСУ на грузовых станциях сети железных дорог.

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.

IЛ. Задачи и значение АСУ грузовой станцией в системе управления железнодорожным транспортом.

Совершенствованию системы управления железнодорожным транспортом способствует создание отраслевой автоматизированной систе мы управления (АСУЖТ). АСУЖТ предусматривает сбор, передачу, обработку и анализ информации, выдачу решений для оперативных технико-технологических задач, подготовку и выдачу технической и финансовой отчетности и др.

Система основана на трех уровнях управления. Верхний уровень предназначен для решения задач планирования и управления для сети железных дорог, на втором уровне решаются задачи в масштабе дороги. Основой нижнего уровня являются узловые вычислительные центры (УВД) и вычислительные центры отдельных подразделений. Здесь решаются задачи непосредственного управления технологическими процессами.

Рассмотренная структура управления не исключает создание АСУ отдельными предприятиями и, в частности, крупными грузлвы-ми станциями, контейнерными терминалами и т. д. Следовательно, трехуровневая система развивается в четырехуровневую. При этом «грузовые станции, контейнерные терминалы и другие объекты управления должны быть объединены оргасвязью с дорожными или узловыми вычислительными центрами.

Функционально АСУ грузовой станцией входит в подсистему управления перевозочными процессами (АСОУП)"одной из частей которой является система управления грузовой и коммерческой работой железных дорог. В / 7,10/ приведена обобщенная структурная схема многоуровневой иерархической системы управления грузовыми и коммерческими операциями.

В этой системе управления на I уровне решаются вопросы учета и регулирования парка контейнеров и изотермического подвижного состава, составления сводного оперативного плана перевозок, слежения за продвижением и розыском грузовна П уровне — учета и регулирования контейнерного парка и изотермического подвижного состава, составления месячного развернутого плана перевозок, розыска и слежения за продвижением грузов, выполнения коммерческих операцийна Ш и 1У уровняхпланирования работы погрузочно-разгрузочных машин (ПРМ), маневровых локомотивов, учета грузов на складах, составления оперативной и финансовой отчетности, планирования работы автомобильного транспорта по завозу и вывозу грузов, распределения вагонов между грузовыми пунктами.

Разнообразие объектов Ш и 1У уровней управления предопределяет необходимость решения различных по своему характеру задач планирования и управления. В частности, для АСУ грузовой станции необходимо решение задач по планированию работы локомотивов, погрузочно-разгрузочных машиноптимальному распределению груженых и порожних вагонов по грузовым фронтам станцииорганизации взаимодействия с другими видами транспорта и выбора оптимальных параметров работы грузовых фронтов. С точки зрения технического обеспечения АСУ грузовой станцией возможны два варианта: первый — на базе создания ВЦ станции с центральной ЭВМ, второй — предусматривает использование сети персональных ЭВМ на рабочих местах / 2,14/.

Вопросами разработки комплексной автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом и различных ее подсистем занимаются научно-исследовательские и проектно-конструкторские организации. За последние годы опубликовано значительное число статей и монографий, посвященных вопросам создания автоматизированных систем управления в народном хозяйстве и, в частности, АСУЖТ. В литературе по этой проблеме широко известны труды академика Глушкова B.U., членов-корреспондентов АН СССР Петрова А. П., Федоренко Н. Г., докторов технических наук Акулиничева В. М., Смехова A.A., Тулупова Л. П., Буянова В .А., кандидатов технических наук Андрианова В"П., Б, дел Рио, Завьялова Б. А., Католиченко В. А., Козлова Ю. Т., Крюкова Н. Д. и др.

Проблемам информационного обеспечения АСУ посвящены труды зарубежных ученых Дж. Мартина, Г. Саакмана, М. Месарович, И.Такахара.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Выполненная работа посвящена решению проблемы разработки комплексной системы оперативного управления работой грузовой станции, представляющей собой сложный процесс, связанный с взаимодействием разнообразных локальных подсистем самой станции с другими подсистемами железнодорожного узла и других отраслей народного хозяйства. Анализ отечественного и зарубежного опыта построения систем управления на транспорте показывает на необходимость комплексного подхода к решению вопросов функционирования системы в целом.

В настоящее время нет единого методологического подхода к решению проблемы управления работой грузовой станции.

Используемые методы обладают рядом недостатков, в том числе, отсутствием комплексной оценки факторов, влияющих на взаимодействие элементов грузовой станции.

2. Построение АСУ на транспорте сложнее построения аналогичных систем других отраслей народного хозяйства ОГАС, что обуславливает необходимость особенно тщательного их формирования. При информировании АСУЖТ разработан общий план развития системы, который, однако, не определяет развития составляющих его подсистем. В свя-зи с этим в настоящее время особую актуальность приобретают вопросы эффективного формирования одной из важнейших подсистем АСУЖТ «Управление грузовыми и коммерческими операциями на грузовых станциях». Система АСУГ представляет собой сложную структуру, развитие которой позволит повысить качество управления технологическим процессом на всех подразделениях станции.

3. Грузовая станция как объект управления, представляет со-бой сложную динамическую систему со многими степенями свободы, подверженную действию многих внешних и параметрических возмущений.

Особенностями ее работы является большое разнообразие выполняемых операций различными функционирующими подсистемами, различным техническим оснащением, объемом и характером ее работы.

4. Оперативное управление работой грузовой станции рассмотрено как многоуровневая иерархическая система, в процессе функционирования которой происходит взаимодействие отдельных ее элементов, расположенных на разных уровнях. Это взаимодействие или зависимость находит свое выражение в передаче команд управления по вертикали от вышележащего к нижележащему уровню и в наличии обратных информационных связей, направленных от элементов нижнего уровня к элементам верхнего уровня.

5. Б результате агрегирования и декомпозиции системы оперативного управления грузовой станцией выделен ряд локальных подсистем, для каждой из которых определена целевая функция.

Математический анализ совместного функционирования локальных подсистем выполнен на модели двухуровневой иерархической системы, верхним уровнем которой является человеко-машинная система принятия решений.

6. Для выработки рекомендаций по рациональной организации управления работой грузовой станции, определения ее пропускной способности и предъявления к ней требований с точки зрения бесперебойного функционирования, в работе применяется подход построения математических моделей грузовой станция, основанный на применении теория массового обслуживания.

7. В результате исследования функционирования оперативной системы разработаны принципиально новые решения задач оптимизации управления локальными подсистемами и принципы координации их совместного взаимодействия.

К числу основных задач отнесены:

— планирование, работы маневровых локомотивов по подаче и уборке вагонов на грузовые фронты станции;

— распределение груженых и порожних вагонов по грузовым фронтам станции.

8. Разработаны общие принципы человеко-машинной диалоговой системы оперативного планирования на основе интегрированной обработки информации в банке данных. Определен и реализован перечень информационных задач первой очереди АСУГ в рамках информационно-справочной системы (ИСС). Программное обеспечение ИСС конструируется как система открытого типа, допускающая поэтапное включение новых задач и развитие технических средств. ИСС работает в двух режимах: справочном и режиме подготовки отчета.

9. В целях принятия оптимального решения, объединяющего в одно целое решение локальных задач подсистем, определены информационные параметры взаимодействия подсистем грузовой станции, разработан алгоритм расчета оптимального плана принятия решения, основанного на методе итеративного агрегирования. Руководство оперативной работой грузовой станции осуществляется на основе диалоговой информационно-справочной системы, отражающей состояние станции в реальном масштабе времени.

10. Определены функции, выполняемые человеком-оператором в системе управления грузовой станцией ло работе, непосредственно связанно! с планированием, организацией и выполнением технологических операций. Приведены основные расчетные выражения, с помощью которых определены допустимые величины показателей загруженности человека-оператора, обеспечивающие нормальные условия работы.

11. Определена и раскрыта роль АСУ ГС в системе АСУЖТ и крупных транспортных узлах. Разработана методика расчета перспективного внедрения АСУ на грузовых станциях сети железных дорог РФ на основе метода динамического программирования.

12. Теоертические и практические положения диссертации были обсуждены на научно-технических советах МПС (комиссия грузовой и коммерческой работы) 6 декабря 1983 года и НТС МПС (комиссия контейнерных перевозок и коммерческой работы) 27 мар та 1985 года. Результаты работы одобрены и рекомендованы для практического внедрения на грузовых станциях.

Разработаны под руководством и при участии автора: Техническое задание на информационно-справочную систему грузовой станции, утвержденное Главным грузовым управлением МПСТехно-рабочий проект на систему сдан в промышленную эксплуатацию в вычислительный центр Московской ж. д. и утвержден главным инженером Московской дороги на заседании приемной комиссии при участии начальника ЦУВТ я главного инженера Главного грузового управления. Решения НТС МПС, приемной комиссии и титульные листы технического задания и техно-рабочего проекта приведены в Приложении 7.

В настоящее время на десяти грузовых станциях Московского транспортного узла на базе двухмашинного комплекса серии внедрена АСУ работы грузовой станции и задача по планированию работы маневровых локомотивов. Общая информация о вагонах и грузах накапливается на ЭВМ в вычислительном центре Московской ж. д.

Результаты эксплуатации системы показали ее работоспособность, а проведенные расчеты экономической эффективности доказывают, что срок окупаемости составит 1,52 года. При тиражировании системы на сто наиболее крупных грузовых станций сети железных дорог экономический эффект составит более трех миллиардов рублей в год.