автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Исследование и выбор методов сбора и обработки данных о грузовой работе в автоматизированной системе управления железнодорожным транспортом

Введение.

ГЛАВА I. Анализ зарубежного и отечественного опыта в области сбора и обработки данных по грузовым перевозкам.II

1.1. Зарубежный опыт.II

1.2. Отечественный опыт.

ГЛАВА 2. Исследование информационных потоков "Грузовая станция - Вычислительный центр" и оптимизация первичной обработки информации.

2.1. Постановка вопроса.

2.2. Анализ информационных потоков, зарождающихся при обработке грузовых перевозочных документов.

2.3. Выбор и обоснование критерия достоверности информационной системы по грузовым перевозкам.

2.4. Разработка математической модели информационной системы.

2.5. Анализ результатов моделирования, требования к достоверности исходных данных и выбор методов контроля информации.

2.6. Оценка экономического эффекта применения метода выбора оптимального набора средств контроля исходной информации.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Выбор оптимальной технологической схемы сбора информации по грузовым перевозкам

3.1. Постановка задачи

3.2. Методика решения задачи выбора оптимальной технологической схемы.

3.3. Пример расчета оптимальной технологической схемы. 112 Выводы к главе 3.

ГЛАВА. 4. Определение состава и структуры общесистемных массивов, формируемых на основе первичных перевозочных документов.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Обоснование состава показателей, характеризующих грузовую работу.

4.3. Определение состава показателей о вагонопотоках.

4.4. Определение состава нормативных показателей для оперативного планирования эксплуатационной работы.

4.5. Показатели для анализа нарушения схем нормальных направлений грузопотоков

4.6. Информация о распределении грузопотоков.

4.7. Требования к структуре отчетных показателей.

4.8. Особенности формирования массивов данных грузовых документов при информационном моделировании продвижения грузов на примере автоматизированной системы слежения за продвижением крупнотоннажных контейнеров

ССКТК).

Выводы к главе 4.

Выводы.

Комглунистичеекая партия и советское правительство придают большое значение делу повышения эффективности народного хозяйства на базе применения вычислительной техники и создания автоматизированных систем управления производственными предприятиями и целыми отраслями. В соответствии с Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года, принятыми на ХХУ1 съезде КПСС, намечено совершенствовать организацию перевозочного цроцесса, ускорить внедрение новой тех- )

I -7 ники и автоматизированных систем управления на транспорте. '

Комплексная автоматизированная система управления железнодорожным транспортом (АСУЖГ) состоит из функциональной и обеспечивающей частей, каждую из которых составляют ряд подсистем, функциональная подсистема включает совокупность задач, связанных между собой целями, общими исходными данными и существенно менее связан- -ных по этим показателям с группами задач других функциональных подсистем. В качестве общего критерия оптимальности функционирования АСУЖГ принимаются минимальные приведенные народнохозяйственные затраты на своевременное выполнение заданных перевозок £2]. функциональная часть АСУЖГ включает следующие подсистемы: "Техни- . ко-экономическое планирование работы и развития железных дорог", "Управление перевозочным процессом", "Управление грузовой и коммерческой работой, включая управление перевозками грузов в контейнерах", "Управление пассажирскими перевозками", "Управление устройствами энергетики и электроснабжения ", "Оперативно-статистический учет и отчетность", "Материально-техническое обеспечение", "Духгалтерский учет и отчетность", "Планирование, учет и анализ кадров", "Научно-техническая информация и управление НИР и ОКР".

Обеспечивающая часть АСУЖГ включает информационную базу, комплекс технических средств, математическое и программное обеспечение, организационные основы АСУЖГ.

При разработке АСУЖГ применяется системный подход, предполагающий согласованность критериев оптимальности функционирования функциональных подсистем между собой и с общим критерием АСУЖГ, а также единство обеспечивающей части.

Важной и первоочередной задачей АСУЖГ является совершенствование управления перевозочным процессом. Наиболее тесно по информационной базе и критериям фушщионирования с подсистемой "Уцрав-ление перевозочным процессом" (АСУД) связаны подсистемы: "Управление грузовой и коммерческой работой (АСУМ)", "Оперативно-статистический учет и отчетность (АСЖС)", "Технико-экономическое планирование работы и развитие железных дорог' (АСПРЖГ)".

Ряд исследований [2], [з], [27] , [31] и практический опыт показали, что для эффективного управления перевозочным процессом необходимо осуществить переход к обработке на ЭШ основных первичных поездных и грузовых документов с созданием единого банка данных. Важную часть информационной базы подсистем АСУД, АСПРЖГ, АСЖС должна формировать подсистема АСУМ, в задачи которой входит обработка первичных грузовых документов.

Высокая динамика перевозочного процесса на железнодорожном транспорте предъявляет высокие требования к оперативности сбора исходных данных, т.е. необходимо собирать информацию с первоисточников в местах ее зарождения. Первичными документами, заполняемыми при оформлении грузовых перевозок и погрузке вагонов, являются комплект грузовых перевозочных документов и вагонный лист.

Наличие новых технических средств сбора и обработки данных, а также расширение сети передачи данных сами по себе не могут решить проблему эффективного сбора и обработки значительного объема информации в масштабе времени, близком к реальному.

В научных трудах Петрова А. П., ТУлупова Л. П., Шкультина И. В., проработаны принципы сбора и обработки данных в АСУ1Т.Полученный практический опыт в этой области в первую очередь на Октябрьской и Белорусской железных дорогах позволяет сделать выводы о важности указанного направления и путях его реализации. Однако ряд важных технологических вопросов сбора и обработки данных о грузовой работе не получил проработки. Вследствии такого положения возникают затруднения методологического порядка при создании системы на основе обработки первичных грузовых документов.

Весь процесс от момента заполнения первичных грузовых доку-мертов до получения итоговых показателей в информационной системе можно разбить на следующие составляющие части: I) сбор информации; 2) передача по каналам связи; 3) первичная обработка на ЭВМ; 4) расчет показателей и формирование массива банка данных; 5) выдача результатов решения (информационное обслуживание пользователей). Исследование второй и пятой стадий процесса выходит за рамки настоящей работы в связи с тем, что эти стадии основываются на общесистемных обеспечивающих частях АСУЖТ и не являются специфическими для подсистемы "Управление грузовой и коммерческой работой". По этой же цричине за рамки диссертации выходят вопросы выбора конкретного комплекса технических средств сбора, передачи и обработки данных. В соответствии с вышесказанным была сформулирована цель данной работы: разработка научно-обоснованных принципов технологии сбора и обработки первичных данных о грузовой работе в АСУЖГ. В соответствии с посталенной целью определены задачи исследования:

- упорядочение и систематизация информационных потоков,в том числе реквизитов в первичных документах, с целью создания единой информационной базы;

- разработка и выбор программных и технологических методов контроля и защиты информации, обеспечивающих уровень достоверности информации на выходе системы в соответствии с требованиями заказчика при минимуме затрат на сбор и обработку данных;

- выбор оптимальной технологической схемы сбора информации с перевозочных документов, обеспечивающей необходимую оперативность при минимальных затратах на операции сбора и обработки;

- исследование состава и выбор логической структуры данных, накапливаемых в памяти ЭЕМ при обработке первичных перевозочных документов, для решения задач оперативного управления перевозочным процессом, технического нормирования, расчета плана формирования, годового планирования и др.

Остановимся подробнее на каждой из этих проблем.

Созданию информационной системы должно предшествовать исследование существующих информационных потоков. В данной работе такое исследование ставит перед собой следующие задачи:

- выявить недостатки общей информационной схемы с целью их последующего устранения;

- проанализировать и формализованно описать взаимосвязи между показателями и реквизитами с целью определения характера и степени влияния искажений входных реквизитов на выходные показатели;

- упорядочить и систематизировать реквизиты, содержащиеся в грузовых перевозочных документах с целью выработки рекомендаций по созданию унифицированного документа, приспособленного для съема информации при внедрении интегрированной обработки дорожной ведомости (ИОДВ) в полном объеме.

Опыт эксплуатации задач первой очереди АСЖГ, основывающихся на сборе информации с первичных документов, показывает, что для обеспечения достоверности результатов решения необходимо применение специальных методов контроля и защиты информации.

Как показывает опыт, в отраслевых АСУ значительный процент машинного времени затрачивается на контроль исходной информации. Значительных затрат требуют также методы децентрализованного технологического контроля. Поэтому важным является вопрос разработки и применения необходимых и достаточных средств контроля и защиты информации для каждого вида сообщения и отдельных реквизитов исходной информации.

Анализ большого числа работ в области исследования достоверности информационных систем показал, что применяемые для оценки достоверности критерии неудобны или неприменимы для исследования информационной системы грузовой работы. С этой целью в диссертации выбран и обоснован критерий достоверности результатов информационной системы по грузовой работе, оценивающий отклонение значений реальных выходных показателей от истинных значений и дающий возможность пользователям системы выбрать значение критерия с учетом затрат на обработку информации. С целью получения зависимости значения критерия от вероятности ошибок во входной информации по различным входным реквизитам и связи значения критерия с применением различных наборов средств защиты информации и стоимостными показателями разработана и программно реализована статистическая модель обработки информации. Моделирование, выполненное на ЭШ ЕС-1030, позволило выбрать и обосновать набор средств контроля информации, обеспечивающих требуемое значение критерия достоверности результатов функционирования системы.

При переходе к обработке первичных грузовых документов на полигоне железной дороги резко возрастают объемы снимаемой с документов, передаваемой по каналам связи и обрабатываемой в дорожном вычислительном центре информации. При съеме информации о погрузке с одного документа в объеме около 90 десятичных знаков объем по средней дороге за сутки составит около 0,5 млн.знаков. Причем при одноразовом съеме весь объем информации должен быть передан и обработан в ВЦ в период времени, не превышающий допустимое технологическое время задержки для самой оперативной задачи. В связи с неравномерностью совершения' грузовых операций на станциях в течение суток в определенные часы возникают пиковые нагрузки по подготовке и передаче информации. С другой стороны, вся совокупность реквизитов, содержащихся в перевозочном документе, может быть разбита на ряд сообщений, передаваемых с различной степенью.задержки. В этом случае для съема оперативной информации может использоваться вагонный лист, а дорожная ведомость - для получения дополнительных данных, используемых при решении задач в пакетном режиме. Съем и передача информации в несколько этапов позволит сгладить пиковые нагрузки на технические средства и операторов, занятых сбором информации. Однако такая технология потребует дополнительных затрат на подготовку, передачу и обработку информации, необходимой для объединения сообщений в памяти ЭВМ. Таким образом, задача выбора оптимальной технологической схемы сбора информации в условиях жестких ограничений на технические средства сбора и передачи данных и штат операторов является исключительно актуальной. В третьей главе диссертации приводится выбор и обоснование вариантов построения технологической схемы сбора информации о грузовых перевозках с использованием, математического аппарата теории массового обслуживания.

В четвертой главе исследуется состав и логическая структура данных, накапливаемых в памяти ЭВМ при интегрированной обработке дорожной ведомости (ИОДВ). При этом предусматривается решение таких задач, как оперативное управление перевозочным процессом,расчет плана маршрутизации, годовое и квартальное планирование и др. Исследование состава и логической структуры данных позволили выработать рекомендации по организации данных в памяти ЭВМ.

Результаты научных исследований, представленных в диссертации, использованы при проектировании информационных систем, разрабатываемых под руководством или с участием автора "Интегрированная обработка дорожной ведомости" (технический проект утвержден зам. Министра путей сообщения т.Кулаевым К.В. 24.09.79г. и ведется рабочее проектирование на Октябрьской и Северной ж.д.); "Система слежения за продвижением и размещением крупнотоннажных транзитных контейнеров" (акт о сдаче в промышленную эксплуатацию утверзден председателем в/о "Союзвнештранс" МВТ и начальником Главного управления вычислительной техники МПС 29.12.76г.), "Опытная автоматизированная система контроля за погрузкой, выгрузкой и состоянием вагонных парков на базе обработки первичных документов" (технический проект согласован зам.начальника Главного управления вычислительной техники МПС т.Угрюмовым 23.12.80) и ведется рабочее цро-ектирование для полигона Приднепровской железной дороги, "Автоматизированная система оперативного управления перевозочным процессом на уровне дороги" (временные инструктивные указания по подготовке и сбору информации о грузовой работе утверждены ЦУВТом 30.12.81 и ведется проектирование для полигона Северной ж.д.).

ВЫВОДЫ К ДИССЕРТАЦИИ

1. На зарубежных железных дорогах и в нашей стране находит широкое применение автоматизированная обработка информации с грузовых перевозочных документов. Основное направление развития систем обработки данных по грузовым перевозкам - создание автоматизированных систем для управления перевозочным процессом и решения широкого круга задач коммерческого и учетного характера. Решающее влияние на стоимость и эффективность систем обработки информации по грузовым перевозкам оказывает выбор технологии сбора исходных данных и средств обеспечения, их достоверности.

2. Проведенный в работе анализ потоков информации о погрузке "станция - НОД - управление дороги - МПС" показывает, что имеют место параллельные потоки одних и тех же данных. При этом существующие информационные потоки не обладают требуемым уровнем детализации и оперативности. Решением проблемы является получение данных непосредственно с первоисточников и их обработка в оперативном режиме. Для выявления взаимосвязей отдельных реквизитов информационных потоков по грузовой работе был проведен анализ на микроуровне. Для такого анализа была разработана специальная меи тодика, применение которой позволило:

- определить набор и провести систематизацию реквизитов дорожной ведомости для включения в информационное сообщение с учетом полного перечня задач интегрированной обработки дорожной ведомости;

- формализованно представить процесс преобразования входных реквизитов в выходные показатели с целью создания стандартных процедур обработки и применения методов статистического моделирования для изучения механизма влияния искажений входных реквизитов на выходные показатели. С учетом особенностей рассматриваемой информационной системы сформулирован критерий достоверности результатов информационной системы по грузовым перевозкам: минимальное значение приведенной дисперсии погрешности результата. Кроме того, сформулированы два условия, которые выполняются при возникновении случайных единичных ошибок, являющихся неизбежными в процессе сбора и подготовки данных:

- случайная величина погрешности выходных показателей должна подчиняться нормальному закону распределения;

- математическое ожидание случайной величины погрешности результата должно равняться нулю.

3. Разработана на основе метода статистического моделирования и планирования эксперимента математическая модель процесса сбора и первичной обработки данных, что позволило получить численное значение критерия достоверности для каждого показателя.

С помощью разработанной на языке моделирующеи программы были проведены расчеты на ЭВМ ЕС-1030. Полученные результаты подтвердили выполнение установленных в ходе исследования требований к информационной системе при характере ошибок, соответствующих устойчивому режиму работы системы. Получено уравнение, выражающее зависимость критерия от вероятности появления ошибки во входной информации.

4. Разработана методика выбора средств контроля выходной информации, которая позволяет приводить значение дисперсии погрешности результата к минимуму при ограничениях на стоимость средств контроля, либо минимизировать стоимость средств контроля при заданном максимальном значении дисперсии погрешности. На основе анализа полученных уравнений, выражающих зависимость значения критерия достоверности от вероятности ошибок в исходных реквизитах, была получена зависимость значения критерия достоверности результатов системы от стоимости средств контроля. Полученные результаты позволили определить и обосновать набор средств контроля информации для конкретной реализации системы. Применение методики в целом по сети дает экономию около 742 тыс.- рублей в -год.

5. В диссертации рассмотрены технологические варианты организации сбора первичной информации по грузовым перевозкам непосредственно со станций и даны конкретные рекомендации по их применению на различных этапах технического и функционального развития АСУЖТ. Установлено, что в ближайший период наиболее целесообразной является технология съема информации с перевозочных документов в две стадии. Первой стадией является съем только оперативной информации непосредственно.в местах ее зарождения. В качестве первоисточника при этом может использоваться вагонный лист.

На второй стадии съем информации осуществляется с корешков дорожных ведомостей в пунктах концентрации информации (специально оборудованных грузовых станциях, РТК, НОДах). Предложена методика распределения технических средств и определения их загрузки. При съеме оперативной информации с перевозочных документов на станции с. объемом погрузки не более 500 отправок в сутки можно использовать одно устройство подготовки данных типа телетайпа и один канал связи со скоростью передачи 50 бит в секунду (без учета вопросов резервирования технических средств). Установлено, что при съеме информации с дорожных ведомостей в полном объеме наиболее эффективным является вариант оборудования товарных контор грузовых станций регистраторами информации.

6. Результаты выполненных в диссертации исследований по выбору и обоснованию оптимальной технологической схемы съема и передачи информации с грузовых документов использованы при разработке технического проекта на интегрированную обработку дорожной ведомости и систему слежения за продвижением и размещением крупнотоннажных транзитных контейнеров. Разработанная методика выбора оптимальной технологической схемы может быть использована при выборе технологии сбора информации в других задачах, связанных с интегрированной обработкой первичных документов.

7. Разработаны критерий и методика выбора базовых показателей, характеризующих грузовую работу, которые должны быть включены в справочно-информапионный фонд на уровне дороги.

8. Разработаны состав и логическая структура массивов производных показателей, получаемых в результате интегрированной обработки дорожной ведомости и используемых при расчете плана формирования, технических норм эксплуатационной работы, плана маршрутизации и оперативном управлении эксплуатационной работой»а также принципы организации информационных массивов о грузовой работе при создании динамической модели перевозочного процесса. Эти принципы использованы и прошли практическую проверку при создании автоматизированной системы слежения за продвижением крупнотоннажных контейнеров. По результатам исследования сделан вывод, что при использовании запоминающих устройств прямого доступа для хранения массивов динамической модели целесообразно использовать объектную структуру логически связанных информационных массивов (поездов, вагонов, отправок), упорядоченных по ключевым признакам объектов.

- 172

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М., Политиздат, 1981.

2. Комплексная автоматизированная система управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ). Под ред. А.П.Петрова, М./'Транспорт", 1977.

3. Оперативное планирование эксплуатационной работы (первая очередь АСУЖТ). Под ред.Л.П.Тулупова. М., "Транспорт", 1977.

4. Итоги науки и техники. Серия "Железнодорожный транспорт", т.9 • М., ВИНИТИ, 1977.

5. Железнодорожный транспорт в СССР и за рубежом. Под ред. А.А.Аве-тикяна. Вып.8, М., ЦНИИТЭИ МПС, 1977.

6. Экспресс-информация. Организация перевозок, автоматизированные системы управления транспортом. Ш 8, 16, 24.

7. Садовников В.И., Эпштейн В.Л. Потоки информаиии в системах управления. М., "Энергия", 1974.

8. Мамиконов А.Г. Методы разработки автоматизированных систем управления. М., "Энергия", 1973.

9. Ницевич Л.Б., Эпштейн В.Л. О некоторых методах исследования потоков информапии и проектирования автоматизированных систем управления в кн. "Исследование экономической информации". М., "Наука", 1968.

10. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко Й.Н. Лекпии по теории сложных систем. М., "Сов.радио", 1973.

11. Радавский А.Г., Курбатов А.Б., Микульский АЛО. Об унификации перевозочных документов в АСУЖТ. "Классификация и кодирова' ние". 1977, В 12.

12. Тарифное руководство J5 I "Прейскурантиздат", М., 1973.

13. Шкультин 'И.В. Расчет тарифных расстояний на ЭВМ". "Вестник Всесоюз. н.-и. ин-та ж. д. транспорта" 1970, $ I.

14. Кудрявцев И.А. Оценка и обеспечение надежности сбора и передача информации в сложных системах. "Электронная техника", серия 9, АСУ. Вып.1 (17), 1976.

15. Синавина B.C. Оценка качества функционирования АСУ. М., "Экономика", 1973.

16. Дмитриев И.И., Гулеша Е.А. Методы контроля призначной информации с помощью контрольных разрядов в АСУ. (Труды 1ШИУМС) вып.6, 1972.

17. Зингер И.С., Куцик B.C. Обеспечение достоверности данных в АСУП. М., "Наука", 1974.

18. Анализ методов контроля и защиты информации и разработка реко• мендаций по их использованию. (Отчет Всесоюз.научн-исслед.ин-та ж.д. трансп., 465-ВТ-76, р.За).

19. Мельников Ю.Н. Достоверность информации в сложных системах. М., "Сов.радио", 1973.

20. Ильевский В.З., Кудрявцев И.А. Критерий эффективности функционирования информационных систем. "Электронная техника", серия 9, (АСУ), вып.1 (9), 1974.

21. Алексеева Н.И. Ошибки перфорации. В сб."Вопросы механизированной обработки экономической информации". М., "Высшая школа", 1964г.

22. Венщель Е.С. Теория вероятностей. "Наука", 1969.

23. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирова-. ния экстремальных экспериментов. М., "Наука", 1965.

24. Адлер 10.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., "Наука", 1976.

25. Тулупов Л.П. Информационно-вычислительное обеспечение оперативного управления поездной и грузовой работой."Железнодорожный транспорт", ß 12, 1978.

26. Тулупов Л.П. и др. Интегрированное использование данных в дорожных вычислительных центрах. "Вестник Всесоюз.н.-исслед. ин-та ж.д.транспорта", 1979, № I.

27. Смехов A.A., Лазарев Х.М. и др. Оптимизация процессов грузовой работы . М., "Транспорт", 1973.

28. Автоматизация грузовой работы железных дорог. Под ред. А.А.Сме-хова. М., "Транспорт", 1977.

29. Кокс Д., Смит У. Теория очередей. М., "Мир", 1966.

30. Мартин Дж. Системный анализ передачи данных. Т.2, М., "Мир", 1975.

31. Система ИБМ/360. Введение в запоминающие устройства прямого доступа и методы организации данных. М., "Статистика", 1974.

32. Дуваяян C.B. Методы и алгоритмы решения задач планирования и учета на железнодорожном транспорте. М., "Транспорт", 1969. (Труды Всесоюз.научн-исслед.ин-та ж.д. трансп., вып.401).

33. Грейсух В.Л., Ясин Е.Г. Построение информационного языка экономических показателей и организация памяти АСОД. В кн. "Языки экономического управления и проектирования систем".

34. НИИ ЦСУ СССР. Методические материалы по разработке автоматизированного банка данных АСГС. М., 1973 (ротапринт).

35. Информационные системы общего назначения.(Аналитический обзор' систем управления базами данных). Под ред. Б.А.Йценко. М.,1. Статистика", 1975.

36. Бузюк М.А., Радавский А.Г. Структура и реализация информационных массивов системы слежения за продвижением контейнеров". "Вестник Всесоюз.н.-и. ин-та ж.д. транспорта", 1977, Г? 4.

37. Кошурин Ф.Д., Ярмош К.А. Структурная обработка больших информационных массивов. Минск, "Наука и техника", 1973.

38. Трахтенгерп Э.А.Программное обеспечение автоматизированных систем управления, М., "Статистика", 1974.

39. Козлов Ю.Т., Шкультин И.В., Радавский А.Г. Автоматизация контроля за продвижением крупнотоннажных контейнеров. "Железнодорожный транспорт", 1978, $ 4.

40. Шкультин И.В., Бузюк М.А., Радавский А.Г. Автоматизированная система слежения за продвижением и размещением крупнотоннажных транзитных контейнеров. (Экспресс-информация, серия "Вычислительная техника", 1978, /5 3). М., ЦНИИТЭИ МПС.

41. Единая система ЭВМ. Под общей редакпией A.M. Ларионова. М., "Статистика", 1974.

42. Проект методических указаний по разработке схем нормальных направлений грузопотоков на железнодорожном транспорте с применением ЭВМ, разработанный МИИТом и ЦНИИ МПС. Москва, 1978.

43. А.И.Сметанин. Техническое нормирование 'эксплуатационной работы железных дорог. М., "Транспорт", 1969.

44. Перспективное и текущее планирование развития железнодорожного транспорта. (Отчет Всесоюзн. научн.-исслед.ин-та ж.д. трансп., 603-Э-73, р.1).

45. Кручинин И.А. Экономическая эффективность АСУ. М., "Знание",1972.

46. Указанные разработки направлены на выполнение задания Программы по решению научно-технической проблемы 0.80.09.03.01 Гос. комитета СССР по науке и технике и Госплана СССР (постановление й 472/248 от 12.12.80 г.).

47. Начальник технологического отдела -зам. начальника Главного управления вычислительной техники, .

48. Г.А. Угрюмов " ££" 1983 г.