автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Автоматизация процесса принятия управленческих решений диспетчером наливного района

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РГ£ ОД На правах рукописи

ВАСЬКОВА Жанна Анатольевна

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДИСПЕТЧЕРОМ НАЛИВНОГО РАЙОНА

05.22.08 — ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

(включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Моска- 1 996

- г -

Работа выполнена в Самарском институте инженеров железнодорожного транспорта (СамИИТе)

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор Варгунин Владимир Иванович, ректор СамИИТа

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент РГОТУПС Абрамов Александр Анатольевич

Официальные оппоненты : Шаров Виктор Александрович,

доктор технических наук; Олейник Олег Анатольевич,

кандидат технических наук, доцент. Ведущее предприятие - Куйбышевская железная дорога

Защита состоится "_"_ 1996 г. в час мин

на заседании диссертационного совета И К 114.09.03 при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения (РГОТУПС) по адресу: 12580В, Москва, ГСП-47, ул.Часовая 22/2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_"_ 1996 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим отправлять по адресу совета университета, ученый секретарь

диссертационного совета

О.В. Терешина

- 3 -

■ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ' : : "" ■

■АКТУАЛЬНОСТЬ1 ПРОБЛЕМЫ. В современных условиях, при существенном'падении объемов перевозок, появляется необходимость' в улучшении работы с клиентурой с целью сохранения или увеличения доходов железнодорожного транспорта России. На фоне общего уменьшения перевозочной работы наиболее стабильными выглядят перевозки нефтеналивных грузов, поэтому разработка рациональной технологии работы наливного района может дать ощутимый прирост доходов железных дорог. Под наливным районом будем понимать комплекс увязанных в единый технологический цикл объектов, предназначенных для подготовки цистерн под налив и осуществления с ними грузовых, коммерческих, поездных и маневровых операций.

Оперативное управление работой наливного района осуществляется на основе принципа диспетчеризации. Сущность диспетчерского управления можно сформулировать как определение моментов времени начала выполнения технологических операций с вагонами и грузами с целью оптимизации выбранного критерия (критериев), что и представляет собой оперативное планирование работы наливного района.

Применение ранее разработанных методик построения оперативного плана работы не всегда представляется возможным. Для автоматизированного построения рациональных оперативных и сменно-суточных планов в рамках системы поддержки принятия решений (СППР) диспетчера необходимо использование и возможностей современной вычислительной техники в соединении с опытом работы диспетчеров.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью диссертации является разработка методов повышения уровня автоматизации управления работой наливного района на базе анализа функций диспетчерского аппарата, его роли

в формировании и использовании циркулирующих в системе информационных потоков с учетом возможности применения современных технических средств и методов получения рациональных управленческих решений.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ. Поставленные в диссертации задачи решаются в два этапа. На первом этапе при построении математической модели работы наливного района применяется теория взаимодействующих процессов (ТВП). предложенная Ч.Хоаром.

На втором этапе методологической основой исследования является дескриптивный подход в рамках теории принятия решений. Методика построения СППР наливного диспетчера основана на выявлении предпочтений реальных лиц, принимающих решения (ЛПР) ; использовании ЭВМ для выдачи информации о ситуации в наливном районе и ее оценки; выработки вариантов оперативных планов и их сравнения с использованием метода ветвей и границ, моделей аппроксимации информации в системах принятия решений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ полученных резуль-■ татов исследования заключаются в следующем: обоснован выбор в качестве программной основы СППР класса программных продуктов, известных как экспертные системы (ЭС); на базе ЭС разработан способ автоматизированного построения и сравнения вариантов оперативного и сменно-суточного планов работы наливного района, что позволит постоянно использовать опыт лучших диспетчеров.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Выполненные автором теоретические и экспериментальные исследования в области управления работой наливного района были использованы ИВЦ Куйбышевской железной дороги при разработке программ, совместимых с сетевыми комплексами АСОУП и ЕКИОДВ. Внедрение данных рекомендаций позволяет: ускорить средний,оборот цистерн на дороге за счет исключения технологических операций, связанных с обработкой цис-

терн на промывочно-пропарочных станциях для налива взаимозаменяемых по химическим свойствам продуктов, а также сокращения времени нахождения в пути за счет следования прямым назначением под налив после поступления на дорогу, минуя пропарку; исключить дублирование ввода информационных шлей из накладной с предприятий в АРМ TBK (агента) при их информационном взаимодействии; ускорить документооборот на отправляемые грузы и сократить простой местного вагона.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на заседаниях кафедр ТГКРСУ СамИИТа и УЭР РГОТУПС. а также на научно-методической конференции "Современные научные аспекты' функционирования транспортного комплекса и развитие его кадрового потенциала" (Москва. РГОТУ ПС, 1995г.), Межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта"(Москва. РГОТУ ПС, 1996г.), Межвузовской научно-методической конференции "Подготовка инженерных кадров для железнодорожного транспорта в условиях рыночной экономики" ( Самара,-СамИИТ, 1996г).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованных источников (146 наименований) и 4 приложений. Работа содержит 186 страниц машинописного текста, 8 таблиц. 18 рисунков. Приложения содержат 30 страниц ( в том числе 9 таблиц).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность теш диссертации и основных задач исследования.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрены: современное состояние и перс-

пективы транспортировки нефтепродуктов в России и за рубежом: приведены'данные, характеризушцие состояние перевозок нефтепродуктов в России и за рубежом различными видами транспорта; выявлены основные тенденции и направления развития перевозок нефтеналивных грузов; выполнен анализ работ, посвященных развитию теории и практики организации перевозок таких грузов, проблемам их совершенствования; проанализирована работа Куйбышевской железной дороги и Самарского отделения дороги с нефтеналивными грузами; для создания полной картины современного состояния технологии переработки нефтепродуктов подробно описана технология работы наливного диспетчера отделения дороги в условиях отсутствия АРМа; проведен анализ информационной, управленческой и других видов загрузки наливного диспетчера методом фотографии рабочего дня; сформулированы цели и задачи исследования.

Анализ показал, что переработка информационного потока составляет до 75% рабочего времени наливного диспетчера. Согласно исследованию, проведенному на Самарском отделении Куйбы- ■ невской железной дороги . количество переговоров диспетчера в рамках диалога может достигать 150 раз за смену, при средней продолжительности разговора 1-2 минуты. При этом отмечается неравномерность распределения переговоров по трехчасовым периодам (в дневной смене). Так, большая (до 42%) часть переговоров приходится на период с 13 до 16 часов, в остальное время распределение числа переговоров можно считать равномерным, за исключением "утреннего" пика (с 7 до 9 часов), который связан с необходимостью уточнения и детализации информационной модели налив. ного района. Одновременно значительную долю рабочего времени занимает процесс анализа ситуационной информации и принятия решений наливным диспетчером.

Выполненный анализ показывает актуальность автоматизации

работы наливного диспетчера на отделении дороги, а также создания необходимой информационно-справочной системы, обращение к которой позволит ускорить процесс принятия управляющих решений.

Ранее проблема оперативного управления работой подразделений железнодорожного транспорта рассматривалась в трудах Т.А.Винокуровой, Л. С. Крохина, В.И.Брона, Х.М.Лазарева. Ф.Т.Ма-медова, Г. А. Мухометова, Ма Сюй, А. С. Ратина, А. Г. Седых, А. А. Сме-хова. Л. П. Тулупова. А. А. Абрамова, М. И. Щмулевича. М. В. Варгуни-на, П. В. Куренкова, и др. А проблема совершенствования переработки нефтеналивных грузов - в трудах В. И.Жукова, 0. А. Олейника,

A.М.Островского, А.В.Христолюбова, Л.В.Литвяка. Е.А.Сотникова,

B.А.Лизунова, В.В.Повороженко, И.З.Лангурова. К.И.Завадского, В.И.Варгунина. Г.И.Чернова, В.А.Шарова и др.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ для создания информационно-управляющей системы в нализном районе разработана поотправочная ДМ, отображающая функционирование наливного района в реальной масштабе времени.

Динамическая модель (ДМ) включает динамические массивы (ДМВ) по обьектам управления, набор информационных сообщений (ИС) по технологическим событиям, при поступлении которых происходит изменение ДМВ, систему взаимосвязей между ДМВ, комплекс задач оперативного управления для рационализации принимаемых решений.

На основании изучения технологии работы наливного района описан комплекс задач оперативного управления взаимодействием объектов. Для каждой задачи определены ее входные и выходные параметры. Установлено, что выходные параметры одних задач являются входными для других. Более 50% параметров являются временными; численные значения их могут быть получены только при ведении ДМ в реальном масштабе времени.

Сформулировано понятие "объекта управления": объектом управления называется элемент рассматриваемой системы, изменяющий свое состояние при управляющих воздействиях. Управляющее воздействие производится исполнителем ( составителем поездов, машинистом локомотива и др.) по команде, подаваемой лицом, принимающим решение (ЛПР). ЛПР являются руководители смен ( маневровый диспетчер, диспетчер по наливу).

Анализ технологических процессов, происходящих в наливном районе, позволил сгруппировать их следующим образом: следование цистерн на станцию налива, перестановка цистерн, обработка цистерн на Ш1С, налив. Б перечисленных процессах принимают участие следующие объекты управления: "Цистерны", "Пути", "Отправки".

К нестационарным относятся объекты, которые могут изменять свое местоположение. К стационарным - объекты, неспособные изменять свое местоположение. Стационарными объектами управления наливного района являются пути: ППС, станционные и наливных эстакад. Нестационарными объектами управления являются: цистерны, • поездные и маневровые локомотивы и отправки.

Для каждого объекта управления сформирован ДЮ, характеризующийся набором постоянных и переменных параметров, а также параметрами текущего и прогнозного состояний. Установлена связь между текущими и прогнозными состояниями объектов через технологические события» которые приводят к переходу объектов из одного состояния в другое.

Для автоматизированного ведения ДМ разработаны структурные схемы ИС для отображения изменения состояний объектов в БД ДМ. В систему поступают ИС при следующих технологических событиях: получение предварительной информации о следовании вагоно-потоков на станцию налива, прибытии вагонов на станцию, перестановках вагонов при маневровых операциях на станции налива,

при их обработке на ППС. при обслуживании путей налива, и отправлении на сеть, погрузке отправок в цистерну.

Для планирования работы промывочно-пропарочной станции и регулирования передвижения поездов с порожними цистернами было бы целесообразно, если бы в предварительной информации, которая поступает на станцию в виде телеграммы-натурного, листа отражались данные, содержащиеся в пересылочных накладных (для порожних цистерн, принадлежащих МПС) или (для цистерн, являющихся собственностью грузовладельцев и следующих по полному комплекту перевозочных документов) в графе 5 "код груза в вагоне" проставлялся код "421049" - "цистерна-вагон на своих осях".

Практическая реализация ДМ предполагает оснащение наливного района сетью персональных компьютеров, установленных на ППС, в пункте налива, в ГВК и ТК, а также у маневрового диспетчера станции налива и наливного диспетчера района, подключенных к центральному процессору. ДМ разработана с учетом перспективы перехода на безбумажную технологию грузовых перевозок. Для этого необходимо центральную машину соединить каналами межмашинного обмена с ВЦ дороги и пунктами налива.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ построена математическая модель функционирования наливного района. С этой целью проанализирован существующий математический аппарат теории принятия решений и в качестве инструментального средства выбрана теория взаимодействующих процессов (ТВП), разработанная Ч.Хоаром и позволяющая описать поведение отдельных обьектов управления и всей системы в целом в формализованном виде. Согласно этой теории поведение каждого объекта управления есть процесс, характеризующийся•сменой состояний объекта при определенных событиях.

Модель, построенную на основе ТВП, можно назвать алгебраической, так как в ней используются алгебраические операции.

подчиняющиеся определенным законам (детерминированный, недетерминированный и генеральный выборы, префиксация, конкатенация, замыкание Клини, рекурсия, последовательная и параллельная композиции, чередование и переименование процессов, сокрытие и подчинение). Математическая модель, построенная на основе ТВП, может быть использована в качестве формализованного "ядра", базы для построения имитационных моделей (ИМ). АРМов и экспертных систем (ЭС).

На первом этапе построения математической модели функционирования наливного района произведено описание поведения отдельных объектов управления наливного района ( построены диграфы объектов ЦИСТЕРНА, ПУТЬ, ОТПРАВКА, а также выведены алгебраические формулы , выписаны алфавиты и множество завершенных протоколов процессов в символах ТВП).

На втором этапе, добавив соответствующие метки, получены классы процессов ( ЦИСТЕРНЫ, ПУТИ, ОТПРАВКИ ). в которых каждый процесс ( ЦИСТЕРНА. ПУТЬ, ОТПРАВКА ) относится к конкретному объекту ("цистерна", "путь", "отправка"), описано функционирование полученных классов в терминах ТВП.

На третьем этапе определены все возможные виды взаимодействия между классами процессов и построена уточненная математическая модель функционирования наливного района.

Описание поведения цистерны в наливном районе производится процессом ЦИСТЕРНАНАЛИВНОЙРАЙОН.

ЦИСТЕРНАНАЛЙЗНОЙРАЙОН = (ПУТИ ; ОТПРАВКИ) // ЦИСТЕРНЫ (1) Операция подчинения // показывает на вспомогательную роль процессов ПУТИ и ОТПРАВКИ . Результатом уточнения взаимодействия между процессами ЦИСТЕРНЫ , ПУТИ и ОТПРАВКИ является видоизмененное описание процесса ЦИСТЕРНА:

- и -

г ЦИСТЕРНА = ЦИСТЕРНА Н ; ЦИСТЕРНА К

ЦИСТЕРНА Н = ЦИСТЕРНАПУТЬ Н :ЦИСТЕРНАМАНЕВР Н ; ЦИСТЕРНА

ЦИСТЕРНАПУТЬ Н - II ( ПУТЬ пПа -> ПУТЬ пПь -> / ) II 1<па 1<п<и

( ПУТЬ пПа -> ПУТЬ ппь -> Цм -> V )

ЦИСТЕРНАМАНЕВР Н = II ЦИСТЕРНА Н II ( ЦИСТЕРНАППС Н;

ЦИСТЕРНАНАЛИВ Н ; ЦИСТЕРНАМАНЕВР Н)

ЦИСТЕРНАППС Н = ЦИСТЕРНАППСПУТЬ Н ; ЦИСТЕРНАППСМАНЕВР Н ;

ЦИСТЕРНАППС Н (2)

ЦИСТЕРНАППСПУТЬ Н = Цс ->11 ( ПУТЬ пПа->ПУГЬ пПь ->/ )11

1 <па 1<п<н

( ПУТЬ пПа -> ПУТЬ пПь -> ЦГ -> V )

ЦИСТЕРНАППСМАНЕВР Н=(ЦИСТЕРНАППСОБРАБ Н; ЦИСТЕРНАППСМАНЕВР Н; I| ЦИСТЕРНАППС Н

1ЩСТЕРНАШ1С0БРАБ0ТКА Н = ЦП. 11 ( ЦПе -> ЦПа -> V И

ЦП* ->ЦПГ -5 (/ )

ЦИСТЕРНАНАЛИВ Н =Ц-->11(ОТПРАВКА шОа->ОТПРАВКА тОь->Ць->^ ^ 1<и<М

ЦИСТЕРНА К = ЦИСТЕРНАПУТЬ Н ;ЦИСТЕРНАМАНЕВР Н

ЦИСТЕРНАПУТЬ К = II ( ПУТЬ КП, -> ПУТЬ И1й -> V )И 1(к<К 1ШК

( ПУТЬ КПа -> ПУТЬ кПь -> Ц„ -> / )

ЦИСТЕРНАМАНЕВР К = II ЦИСТЕРНА К II (ЦИСТЕРНАНАЛИВ К ; ЦИСТЕРНАМАНЕВР К)

ЦИСТЕРНАНАЛИВ К= Ц-->11 (ОТПРАВКА чОа->ОТПРАВКА чО„->Ц2->1/

1<а<а

Таким образом с помощью системы (2) описано все множество вариантов протекания технологических процессов в наливном районе в математических символах ТВП.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ описано применение ЭС в задачах смен-но-сугочного планирования работы наливного района. В качестве такой задачи рассмотрен процесс составления оперативного плана работы наливного района диспетчером по наливу отделения дороги.

Как показало исследование, проведенное на базе Самарского отделения Куйбышевской железной дороги, для принятия решения необходима следующая информация: о наличии цистерн назначением под слив и налив на станции района; о грузе, находящемся в этих

цистернах, или слитого (для порожних цистерн) с указанием его характеристик, а также получателе; о цистернах с коммерческим браком, угрожающим сохранности груза; о цистернах, находящихся на путях налива и о грузовых операциях с ними; о заявках на налив. поступающих от грузовладельцев; суточное задание на налив на станциях района; выполнение месячного плана налива на отделении к текущему дню; о наличии цистерн на ППС и операциях, производимых с ними, о длине свободных участков путей на ППС по видам обработки; о специализаций прибывающих под налив цистерн;' о наличии грузов на заводе и нарядов на их налив; указания вышестоящих уровней управления.

Итогом обработки переменной информации о состоянии наливного района являются показатели, характеризующие достижение следующих целей управления: 1) выполнение плана налива станций и наливного района в целом; 2) выполнение всех указаний по приоритетной обработке отдельных цистерн; 3) минимизация остатка цистерн на станциях наливного района.

Имея исходную информацию о положении в наливном районе и руководствуясь принципами, изложенными выше, наливной диспетчер разрабатывает план работы наливного района. При этом планируются не только количественные показатели, но и производится выбор вагонов с-учетом различных факторов. Не существует единственного объективного критерия при составлении плана переработки цистерн, следующих в наливной район. Напротив, необходимо учесть' значительное количество противоречивых требований, таких как: выполнение суточного плана налива на отделении, обеспечение сохранности груза, учет специализации цистерн, обеспечение устойчивой работы станций налива и ППС. Качество составленного плана зависит от опыта наливного диспетчера, что также является аргументом в пользу применения экспертных систем для решения

- 13 -

этой задачи. :

Целью разработки ЭС для данной задачи является повышение качества принимаемых наливным диспетчером решений, учитывающих положительный опыт работы. Для этого автором был проанализирован процесс принятия решения диспетчером по наливу в наливном районе, имеющем станции налива "К" и "Н" и ППС, расположенную на станции "Н" при существующей системе планирования. В соответствии с ним выделяются 5 классов приоритета, определяющих необходимость постановки цистерн под обработку на ППС: 1) цистерны, требующие обработки на ППС с последующей постановкой под налив на ст. "К"; 2) цистерны, не требующие обработки на ППС с последующей постановкой под налив на ст."К"; 3) цистерны, требующие обработки на ППС с последующей постановкой под налив на ст. "Н"; 4) цистерны, не требующие обработки на ППС с последующей постановкой под налив на ст. "Н"; 5) цистерны, постановка которых под обработку на ППС целесообразна только при отсутствии других цистерн, требующих обработки на ППС.( Цистерны, яв-. ляющиеся собственностью фирм, на налив которых отсутствуют наг ряды). Результатом анализа явился алгоритм, укрупненная блок-схема которого показана на рис.1. Содержание блоков:

1. Определение поездов из числа подходящих к наливному району, способных проследовать ППС без переработки.

2. Определение наличия свободных мест на ППС с учетом ее перерабатывающей способности по видам обработки.

3. Определение количества цистерн назначением под налив на станции "К", не требующих обработки на ППС.

4. Определение количества цистерн назначением под налив на станции "Н". не требующих обработки на ППС.

5. Определение количества цистерн назначением под налив на станции "К", требующих обработки на ППС.

АЛГОРИТМ СОСТАВЛЕНИЯ ПЛАНА РАБОТЫ НАЛИВНОГО РАЙОНА

ОЧАП0)—о—©—©—С1>—ф

О—О—<Э

<§> (§>—(а>—с§> ^т

г*

печать плана

работы наливного района

(кониГ)

Рис. 1

6. Определение количества цистерн назначением под налив на станции "Н", требующих обработки на ППС.

7. Проверка превышения количества цистерн, требующих обработки на ППС, по отношению к количеству свободных мест.

8. Выбор цистерн со вторым классом приоритета.

9. Проверка превышения количества цистерн с текущим классом приоритета по отношению к количеству оставшихся нарядов завода на налив цистерн на станции.

10. Выбор из числа цистерн со вторым классом приоритета цистерн, включаемых в план налива станции "К".

11. Включение выбранных цистерн в план, исключение их из дальнейшего рассмотрения.

12. Выбор цистерн с четвертым классом приоритета.

13. Выбор из числа цистерн с четвертым классом приоритета цистерн, включаемых в план налива станции "Н".

14. Выбор цистерн с пятым классом приоритета.

15. Временное исключение их из рассмотрения.

16. Выбор цистерн с первым классом приоритета.

17. Проверка превышения количества цистерн с текущим классом приоритета по отношению к количеству оставшихся свободных мест.

18. Выбор из числа цистерн с первым классом приоритета цистерн, включаемых в план работы ППС и налива.

19. Выбор цистерн с третьим классом приоритета.

20. Выбор из числа цистерн с третьим классом приоритета цистерн, включаемых в план работы ППС и налива.

21. Переход к рассмотрению вагонов с пятым классом приоритета.

22. Выбор из числа цистерн с пятым классом приоритета цистерн, включаемых в план работы ППС и станций налива.

23. Проверка и уточнение распределения цистерн между налив-

- 16 -

ными станциями с учетом имеющихся нарядов на налив.

24. Печать плана работы наливного района; конец.

Совокупность приведенных в третьей главе правил, сгруппированных по блокам, может составить основу решения задачи "составление плана работы наливного района" с помощью ЭС.

Задача оперативного планирования значительно более сложна и с трудом может быть сведена к некоторой совокупности правил, в связи с многообразием ситуаций, встречающихся в практике управления. Очевидно, такая задача может быть разбита на этапы. Выделение этапов произведено в соответствии с алгоритмом, приближенным к методу решения такой задачи реальным ЛПР.

Решение задачи оперативного планирования предполагает следующую этапносгь получения результата: 1) определение возможных операций, происходящих в наливном районе; 2) определение возможных комбинаций таких операций на основе алгоритма, разработанного с использованием математической модели работы наливного района, построенной в 3 главе; 3) определение лучшего (группы лучших) по некоторым основным показателям варианта (вариантов).

Программным инструментом, наиболее подходящим для получения решения близким к применяемому реальными ЛПР способом, является так называемые экспертные системы (ЭС). Наиболее полезной характеристикой ЭС является то. что она применяет для решения проблем высококачественный опыт. Этот опыт может представлять собой уровень мышления наиболее квалифицированных экспертов в данной области, что ведет к решениям точным, творческим и эффективным.

Предположим, что автоматизированно получены п вариантов оперативного плана на период Тпл, путем перебора всех возможных последовательностей укрупненных операций. Тогда все варианты

оперативного плана могут быть представлены как множество

Х= [X!-----х„ ]. элементы которого сравниваются попарно с точки

зрения предпочтительности, желательности, важности и т. п., а результаты записываются в виде матрицы парных сравнений А=1'аиI1ц.п> отражающих возникающее отношение предпочтения / безразличия на множестве X.

На структуру предпочтений накладываются калибровочные ог-. раничения, связывающие элементы аи и а31 матрицы А. При любых калибровочных ограничениях должно выполняться соотношение а13>аЛ' если вариант I предпочтительнее варианта . Л. Наиболее целесообразна для условий нашей задачи кососимметрическая калибровка. В этом случае парные элементы матрицы А связаны соотношением:

V 1.3 а13 + ап = 0 (3)

Интерпретация такого соотношения: объект Хх превосходит в парном сравнении объект х3 на аи.

Цель решения задачи принятия решений можно сформулировать как построение оптимального упорядочения вариантов плана. В связи с обилием конкретных приложений и несомненной актуальностью рассмотрим в первую очередь проблему линейного упорядочения.

Для решения поставленной задачи (построения линейного упорядочения вариантов плана) наиболее, подходящей является модель максимального согласования (МС). . Простейшая модель МС была предложена слейгером. На базе определения элементарного несогласия упорядочивания I с матрицей А (по Слейтеру. оно имеет место, если для пары объектов (х^х^) справедливо х^ х.,. однако х3 предшествует XI в I), оптимальным предлагалось считать максимально согласованное с А упорядочивание, т.е. имеющее минимальное число таких элементарных несогласий.

- 18 -

Задача предписывает необходимость одновременной перестановки строк и столбцов, максимизирующей сумму наддиагональных элементов в получаемой матрице и известна как задача о наилучшей триангуляции (нп-триангуляции) матрицы А. Сам же показатель йА(I) (соответствующая наддиагональная сумма) может интерпретироваться как показатель качества аппроксимации исходной структуры линейным упорядочением.

Для нахождения оптимального упорядочения необходимо построение матрицы А, включающей в себя результаты парного сравнения всех возможных вариантов. Очевидно, что такая задача требует больших затрат машинного времени на ее решение, затруднительным представляется и дальнейшее получение оптимального упорядочения. При этом целесообразно ограничиться локально-оптимальным решением, понимая под ним такое упорядочивание I, при котором показатель качества СА СI) не может быть улучшен за счет одиночного перемещения любого объекта вверх или вниз. Так получаемая локальная модель максимального согласования (ЛМС) обла-. дает всеми свойствами модели МС, в том числе и свойством кусочной оптимальности (КО). Это свойство позволяет считать локаль-но-оптамальным упорядочение II, полученное из локально-оптимального упорядочения I путем выборки к подряд расположенных элементов. Поиск такого упорядочения весьма прост и может осуществляться в два этапа. Вначале строится некоторое начальное упорядочение, далее в нем ищутся фрагменты, на которых нарушается соотношение превосходства вышестоящих объектов над нижестоящими. В случае нарушения происходит перестановка объектов: объект х8 помещается после объекта хь . или объект х( ставится перед х3 . Далее поиск продолжается и заканчивается, когда таких фрагментов не остается. Даже для больших п такая процедура быстро приводит к получению локально-оптимального упорядочива-

ния, причем разница в показателях качества искомого оптимального и так построенного локально-оптимального упорядочений обычно очень невелика (и более того, такое упорядочение нередко оказывается оптимальным).

Для построенного локально-оптимального упорядочения определяется показатель качества, который используется при ветвлении в качестве начального рекордного значения (поскольку это значение оказывается весьма высоким, тем самым достигается существенная экономия в рассмотрении вариантов). Для дополнительного сокращения перебора в ходе ветвления широко используются следующие свойства: пусть 1=(11.....,1П) - локально-сбалансированное упорядочение, тогда в нем:

а) баланс любого объекта при сравнениях с нижестоящими неотрицателен

V б=1ТП-1 I а13 > О; - (4)

1=8 + 1

б) любой объект не уступает в парных сравнениях объекту, непосредственно следующему за ним в I ______ к

V п-1 .1 13+1 > 0. (5)

8 = 1

Опишем собственно процесс ветвления. Множество возможных вариантов представляется алгоритмом в виде дерева, и в узле к-го уровня первые к мест в строящемся упорядочении заняты объектами , прочие п-к мест и п-к объектов пока свободны.

При этом в данном узле алгоритм вычисляет верхнюю оценку для показателя качества СА любого упорядочения, начинающегося с сегмента .....,Зк):

ВО!.....1'3, I |»3. Л» I (6)

В =1 1 = 3+1 3 = к+1 1 = 5+1

- 20 -

и оценки перспективности свободных обьектов:

СЦ, Ml.....3k) -2 adm ds : m-k+ITn , (7)

S = km

при этом ei„ Jm, =0,.

При ветвлении осуществляется переход к узлу (к+1) уровня, т.е. некоторый объект фиксируется на (к+1) месте ( без ограничения общности считаем что это объект x3k+i ). а оценки (6) и (7) пе-ресчитываются по рекуррентным формулам)

B(dt .....Jk+1)= B(dt ...JK )+ c(3k+i I3i....d« ) - z 1а4+1331

s *K<-2

CiJeldi.....3k+1) -CUJJ,.....jR) + aJkM dm (S)

В первую очередь при ветвлении рассматриваются наиболее перспективные варианты. Ветвление к данному узлу (к+1) уровня осмысленно лишь в случае, если:

а) оценка (6) превосходит прежнее рекордное значение;

б) оценка с (die♦ а. I .....Зк) неотрицательна;

в) 'dndk-n > о.

Если хоть одно из этих условий нарушено, то естественно исключить данную ветвь из рассмотрения. Если же выясняется, что все имеющиеся в данном узле направления ветвления либо бессмысленны, либо уже испробованы, то производится возврат к материнскому узлу (к-1) уровня, причем все имевшиеся там оценки сохраняются . При достижении узла n-го уровня все п мест в строящемся упорядочении окажутся занятыми , а показатель его качества совпадает с оценкой B(di.....dn)- Если текущее рекордное значение улучшено, фиксируется новый рекорд.

Ветвление начинается в узле 0-го уровня, когда все объекты и все места свободны. Оценка этого узла В(0) равна

В(0)= I 1 2 |а13I . (9)

1=1

а перспективности свободных вариантов оцениваются набранными ими построчными суммами :

п ___

С(1|о) = 2 а13 = г! ; 1=1.п (10)

Таким образом, наиболее важной частью работы по линейному упорядочению вариантов плана является построение матрицы парных сравнений А. При сравнении вариантов плана необходимо учесть различные натуральные показатели работы станции, которые этот план может обеспечить. Для этого может быть использовано суммирование оценок превосходства отдельных результатов выполнения плана (существенных переменных) с учетом их удельного веса, который назначается в результате работы ЭС и изменяется в зависимости от ситуации на станции.

В список существенных переменных (показателей плана) должны входить: 1) обработано цистерн; 2) налито цистерн; 3) отправлено цистерн; 4) слито цистерн; 5) количество цистерн, находящихся под наливом; 6) количество цистерн в ожидании обработки; 7) количество цистерн в ожидании отправления; 8) среднее время от поступления цистерны в наливной район до начала налива. В зависимости от конкретных условий перечень может быть расширен.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ обосновывает необходимость автоматизации работы наливного диспетчера на отделении дороги, а также создания необходимой информационно-справочной системы, обращение к которой позволит ускорить процесс принятия управляющих решений.

2. В целях создания информационно-управляющей системы в наливном районе разработана поотправочная ДМ. отображающая функционирование наливного района в реальном масштабе времени.

3. Для автоматизированного ведения ДМ разработаны структурные схемы ИС отображающие изменения состояний объектов в БД ДМ.

4. С целью рационализации принимаемых решений при оперативном управлении переработкой цистерн и грузов в наливном районе, решения соответствующего комплекса задач с помощью вычислительной техники на базе ДМ построена математическая модель функционирования наливного района. В качестве инструментального средства выбрана теория взаимодействующих процессов.

5. Модель поведения объектов управления в наливном районе учитывает все взаимодействия объектов между собой. Взаимодействие описывается с помощью различных операций ТВП: параллельной композиции, чередования, подчинения и пометки процессов.

6. При анализе различных ранее разработанных методик и с учетом развития вычислительной техники и программного обеспечения был сделан вывод, что программной основой СППР диспетчера может стать ЭС, реализующая различные алгоритмы получения решения. Использование ЭС позволит применить качественный опыт ЛПР для решения поставленной задачи, а при определенных условиях организовать расчет по тем или иным аналитическим моделям.

7. Решение задачи оперативного планирования предполагает следующую этапность получения результата: 1) определение возможных операций, происходящих в наливном районе; 2) определение возможных комбинаций таких операций на основе алгоритма, разработанного с использованием математической модели работы наливного района, построенной в 3 главе диссертации; 3) определение лучшего (группы лучших) по некоторым основным показателям варианта

8. На основании аппарата моделей максимального согласования

производится линейное упорядочение вариантов плана, попарно сравниваемых по различным показателям. - оценка превосходства одного варианта плана над другим произвьдигся с помощью коэффициентов, учитывающих важность тех или иных показателей в зависимости от различных факторов. ЭС выступает здесь как инструмент, позволяющий определять такие, коэффициенты с учетом конкретных условий. Такое свойство моделей максимального согласования, как кусочная оптимальность, и предложенный способ предварительного упорядочения значительно уменьшают размерность задачи, что позволяет сократить и время, затрачиваемое на решение.

Модель решения задачи сменно-суточного планирования выполнена для получения планагработы конкретного наливного района и может быть применена при решении аналогичных задач в других наливных районах.

9. Практическое внедрение предложенных в диссертации методов позволит предъявить диспетчеру один или несколько лучших вариантов оперативного плана, снизить уровень его загрузки, сократив время принятия решения, повысить качество принимаемых решений и, тем самым, уменьшить время нахождения цистерн в наливном районе.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Баеькова Ж.А. Анализ работы диспетчера по наливу отделения дороги: Тез. докл. первой межвузовской науч.-метод, конф.-М.:РГОТУ ПС. 1996- часть 1. с.68-72.

2. Васькова Ж.А. Совершенствование технологии работы с экспортными нефтеналивными грузами: Тез. докл. межвузовской науч. -метод. конф.- М.: РГОТУ ПС, 1995- с. 21.

3. Васькова Ж.А. Внедрение теории рисков при изучении технологии работы с наливными грузами.: Материалы межвузовской на-

- 24 -

уч.-метод, конференции.--Самара: СамИИТ.1996- с. 17.

4. Варгунин В.И., Васькова I.A. Построение динамической информационной модели функционирования наливной станции: Тез. докл. первой межвузовской науч.-метод, конф.-М. :РГ0ТУ ПС, 1996-часть 1. с.63-67.

5. Варгунин В.И., Васькова Ж.А. Применение теории взаимодействующих процессов к разработке модели наливной станции: Тез. докл. межвузовской науч.-метод, конф.-М.гРГОТУ ПС, 1995- с. 20.

6. Варгунин В.И., Васькова Ж.А. Построение математической модели функционирования наливной станции: Межвузовский сборник научных работ .- Самара: СамИИТ. 1994- с. 4-11.

7. Варгунин В.И., Васькова Ж.А. Формирование у студентов навыков работы с информационной системой: Материалы межвузовской науч.-метод, конференции .- Самара: СамИИТ,1996- с. 16.

8. Варгунин В. И., Васькова Ж. А. Построение математической модели функционирования наливной станции: Межвузовский сборник научных трудов. - Самара: СамИИТ, 1994- с. 55.

ВАСЬКОВА ЖАННА АНАТОЛЬЕВНА

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДИСПЕТЧЕРОМ НАЛИВНОГО РАЙОНА

05.22.08 - Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

Сдано в набор /Л J ¿к подписано к печати -3/-/Ö. J-&. формат бумаги 69*60 1/16 объём 1,5 п. л. Заказ "J40. Тираж 100 экз

Типография РГОТУПС (ВЗИИТа),125808 ГСП, Москва, ул. Часовая, 22/2.