автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Комплексная система автоматизации сортировочных процессов: техническое, технологическое, интеллектуальное обеспечение

На правах рукописи

СОКОЛОВ ВЛАДИСЛАВ НИКОЛАЕВИЧ

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ СОРТИРОВОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ: ТЕХНИЧЕСКОЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ, ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Специальность 05.13 06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003172178

Ростов-на-Дону - 2008 г

003172178

Диссертация выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Шабелышков Александр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Берштенп Леонид Самойлович кандидат технических наук, доцент Швалов Дмитрии Викторович

Ведущая организация:

Российский государственный открытый технический уииверсистет путей сообщения

Защита диссертации состоится 30 июня 2008 г в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д21801001 03 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу г Ростов-на-Дону, пл Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференцзал

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУПС

Автореферат разослан 29 мая 2008 г

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью, просим направлять по адресу 344038 г Ростов-на-Дону, пл Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, диссертационный совет Д 218 010 03, ученому секретарю

Ученый секретарь

диссертационного совета, д т и, профессор

М А Бутакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Интеграция России в мировое экономическое сообщество, требования конкурентоспособного и эффективного развития на всех уровнях управления экономикой страны актуализировали проблемы функционирования хозяйствующих субъектов и изменения парадигмы управления ими во всех сферах, в том числе и на железнодорожном транспорте Это поставило отрасль перед задачей эффективной реструктуризации

Переход российской экономики на рыночные условия хозяйствования сформулировали новые требования к характеру функционирования железнодорожной отрасли, основными из которых следуег считать

- учет экономических критериев работы всех звеньев транспортного конвейера,

- повышение качества технологических процессов за счет внедрения инноваций, что повысит конкурентоспособность железнодорожного транспорта на рынке транспортных услуг

Не исключением в этом ряду являются системы сортировки составов, осуществляемые на сортировочных станциях (СС) В настоящее время ресурсы повышения эффективности работы СС посредством автоматизации ее основных процессов исчерпаны, и выход нами видится в создании и внедрении систем нового поколения - систем интеллектуального функционирования, что хорошо коррелирует с объявленной в отрасли программой реструктуризации

Интеллектуальность работы СС определяется общей логикой функционирования, включающей человека биологической составляющей комплекса, совокупностью интеллектуально функционирующих элементов и подсистем

В существующей нормативной литературе по реструктуризации отрасли (отдельных предприятий), многочисленных научных исследованиях много внимания уделяется организационным проблемам преобразования Достаточно подробно исследуются идеология, структуры, механизмы реструктуризации и функционирования отрасли (предприятия) в новых условиях хозяйствования Вместе с тем технические, технологические проблемы остались вне пристального внимания менеджмента отрасли Это определило выбор темы исследования

Стеиень разработанности проблемы.

Проблемы собственно развития отрасли освещены в Стратегических целях развития ОАО «РЖД» на период до 2010 года и в Стратегических направлениях научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г, в соответствии с которыми поставлена задача резкого повышения производительности труда, сокращения эксплуатационных расходов, перехода на малолюдные технологии работы сортировочных станций с одновременным

повышением безопасности прохождения технологических процессов формирования-расформирования составов на сортировочных станциях Особое внимание обращается на необходимость концентрации сортировочной работы на крупных сортировочных станциях сетевого и регионального значения, на которых должны быть обеспечены высокопроизводительная переработка вагонов и выполнение жестких нормативов простоя вагонов

Техническое и технологическое обеспечение станционной работы освещено в трудах Г Биленко, А Бородина, Л Казакова, Н Модина, О Олейник, Л Тинпсова и др.

Проблемы горочной автоматизации подробно исследованы В Иванченко, II Модиным, Л Савицким, В Шелухиным, Н Фонаревым

В плане построения формальных описаний, разработки инструментария планирования и управления деятельностью СС автор опирался на груды Л Бажешока, Л Берштейна, М Бутаковой, Л Заде, С Ковалева, Н Лябаха, А Мелихова, А Орлова, С Светунькова и др

Интеллектуализации транспортных процессов посвятили свои работы А Гуда, И Дергачева, В Иванченко, С Ковалев, Н Лябах, А Шабельников

Однако, для практической реализации предлагаемых в анализируемых источниках механизмов описания исследуемых технологических процессов на СС, определения оптимального режима функционирования и управления требуется адаптация имеющегося теоретического и методическою инструментария, разработка технического и программного обеспечения и применение формализованных процедур идентификации и принятия интеллектуальных решений Кроме того, в настоящее время отсутствует единая методология построения АСУ СС, обоснованная с точки зрения системного подхода Это определило цель и задачи диссертационного исследования

Цель диссертационного исследования — разработка принципов, системы и технологии управления сортировочными процессами, включая механизмы ишеллектуализации основных функций процесса сортировки составов

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

Проанализировать состояние и перспективы развития АСУ СС, сформировав актуальные направления исследования и совершенствования деятельности СС

Развить идеологию построения (принципы, структуру и функции) комплексной системы автоматизированного управления сортировочной станцией (КСАУ СС)

Разработать соответствующее программно-математическое обеспечение автоматизации и интеллектуализации сортировочных процессов (СП)

Разработать контрольно-диагностический комплекс АСУ сортировочным процессом

Разработать комплекс обеспечивающих технических устройств Внедрить разработанные в диссертации методы и методики в практику деятельности отрасли, научные исследования и учебный процесс

Объект исследования сортировочная станция, технологические процессы расформирования-формирования составов на станции

Предмет исследования: методы и механизмы автоматизации СП на основе интеллектуализации функций, применения современных информационных технологий и инновационных технологических решений Положения, выносимые на защиту:

1 Состояние задачи автоматизации СС, в целом, и ее отдельных подсистем, в частности, характеризуется о!сутствием системного подхода к решению, наличием комплекса технических, технологических, программно-математических проблем Системный подход, обеспечивающий стратегическое видение и решение проблем управления сортировочными процессами, лежит в основе создаваемой методологии управления СП, и в свою очередь требует своего развития с учетом специфики предмета исследования и сферы приложения

2 Изменение экономической ситуации в России существенным образом отразилось на роли железнодорожного транспорта, обеспечивающею как внутрихозяйственную деятельность страны, так и работу транспортных коридоров международного экономического сотрудничества Этот факт потребовал изменения миссии, целей и задач функционирования отрасли Основными стратегическими задачами являются- перевод отрасли на рыночные условия хозяйствования, включение инноваций, как основного рычага развития транспортного комплекса

3 Разнородность (по сложности, наличию и качеству исходных данных, предназначению) задач моделирования сортировочных процессов формирует проблему систематизации подходов и методов моделирования, требует развития методов идентификации технологических процессов и процедур принятия решений на основе современною математического аппарата теории нелинейных инерционных систем, теории нечетких множеств, теории нейронных сетей и др

4 Успех решения задачи формализованного описания исследуемой предметной области, а также (в том числе вследствие адекватного моделирования) задачи управления СС, в целом, зависит от полноты, репрезентативности, точности, своевременности исходных данных о системе Получение этой информации, ее анализ возлагается на описываемый в работе контрольно-диагностический комплекс (КДК)

5 Определяющим критерием функционирования СС (наряду с минимизацией времени обработки состава, затрачиваемой энергии, стоимости транспоргных услуг) является обеспечение заданного уровня безопасности работ В этой связи актуализируется проблема разработки соответствующей системы безопасности, включающей комплекс организационных, технических, технологических, программно-математических мер

Научная новизна исследований:

1 Развито представление о логике, механизмах применения методологии системного подхода в задачах анализа и синтеза системы управления СС, позволившее с одной стороны использовать для решения задач управления СП научные достижения и опыт смежных наук и, с другой, обобщить полученные результаты до возможностей использования их в иных сферах управления

2 Предложены методология интеллектуализации СП, проиллюстрированная синтезом автомата-советчика, методика исследования процессов скатывания отцепов с горки, позволяющая идентифицировать процесс и выработать механизмы адекватного управления им, подходы, использующие нейронные сети и сенсорные системы для моделирования различных процессов и процедур принятия решений на С С

Предложенные методики и механизмы составляют основу формализации процессов управления на СГ

3 Разработаны принципы управления торможением отцепами на ТП на основе математической модели, учитывающей инерционность исследуемых процессов и использующей схему связей «вход-выход» Определены входные и выходные переменные модели

4 Разработаны структура и технологии функционирования КСАУ СС, адекватно отражающие требования времени, легко адаптируемые под конкретные условия автоматизации

5 Разработаны идеология, технические и технологические решения по созданию КДК в части решения задачи повышения безопасности функционирования горочных устройс1в путем их предотказной диагностики, и на этой основе заблаговременного предотвращения возникновения опасных ситуаций

6 Систематизированы и развиты меры по обеспечению безопасности сортировочных процессов, в соответствии с нормативными фебованиями, установленными на железных дорогах страны и мира

7 Разработан комплекс технических средств, обеспечивающих научные исследования и практику внедрения КСЛУ СС

Теоретико-методологической основой диссертационного исследования явились научные труды отечественных и зарубежных ученых по дайной проблеме, специалистов по управлению сортировочными процессами

В данном диссертационном исследовании использовались принципы системного (структурно-функционального) и сравнительного анализов, теория самоорганизации сложных процессов, статистические методы (корреляционно-регрессионный анализ), теория нечетких множеств, позволяющая формализовать опыт и интуицию разработчиков систем управления и специалистов по управлению сложными технологическими процессами, методы ишеллектуализации управления, обеспечивающие «разумное» поведение синтезируемой системы в неопределенной среде функционирования

Информацнонно-эмннричсской базой исследования послужили нормативные документы, законодательные акты, данные мониториша сортировочного процесса на СС, экспертная информация, полученная на основе авторского обследования

Теоретическая ценность диссертационного исследования заключается в разработке общих принципов, универсальных механизмов развишя систем автоматизации сортировочных станций.

Практическая значимость состоит в том, что разработанные в работе подходы и меюды внедрены в конкретных системах автоматизации технологических процессов на сортировочных станциях

- Микропроцессорная система автоматического управления маршрутами движения отцепов на сортировочной горке с контролем накопления вагонов в сортировочном парке ГАЦ МН,

- Система автоматизированного регулирования скорости скатывания отцепов и управления прицельным торможением с накоплением на всю глубину сортировочного парка АРС-УУПТ,

- Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств зоны горки КДК СУ ГАЦ, обеспечивающий протоколирование и метрологически аттестованные измерения основных технологических параметров функционирования горочных устройств,

- Система поддержки принятия решений оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки СППР КДК СУ, обеспечивающая интеллектуальный анализ большого количества протокольной и диагностической информации,

- Комплексная система автоматизации управления технологическим оборудованием компрессорной станции КСАУКС

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры «Информатика» РГУ ПС, конференциях РГУ ПС, на Второй международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2005, г Сочи, 2005 г, 6-й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» -

Москва, 2005 г, Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖЛТ-2006, г Санкт-Петербург, 2006 г

Результаты диссертационного исследования внедрены в системах автоматизации сортировочных процессов на ст Красноярск-Восточный Красноярской ж д, ст Инская Западно-Сибирской ж д и в учебном процессе РГУ ПС (приложение 3)

Публикации но теме. Основные положения диссертации опубликованы в 18 печатных работах, общим объемом ] ,54 п л

Структура и объем работы. Диссертация имеет традиционную структуру и состоит из введения, пяти глав, заключения, трех приложений Она содержит 182 стр машинописного текста, 24 рисунка, 5 таблиц, и библиографию, содержащую 102 наименования

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели и задачи диссертации, определяются объект и предмет исследования, указываются положения, выносимые на защиту и новизна работы, ее теоретическая и практическая значимость, методологическая и эмпирическая база, результаты апробации и публикаций материалов исследования

В первой главе «Характеристика сортировочной станции и проблемы авюмагазации сортировочных процессов» дан анализ сортировочной станции как базового элемента перевозочного процесса (рис 1) Описаны основные технологические операции и показано, что достигнутый уровень автоматизации технологических процессов на СС недостаточен и совершенно не развита интеллектуальность функционирования СС

В первой главе дан также обзор существующих систем автоматизации станционных процессов, важнейшим из которых является горочный комплекс (рис 2) Проведенный анализ позволил сформулировать структуру целей и задач разрабатываемого комплекса

Во второй главе «Методологические основы разработки и внедрения комплексной системы автоматизации сортировочшлх процессов» разработан системный подход к анализу сортировочных процессов и синтезу управляющего комплекса, определяемый схемой рис 3

Произведен анализ существующих постановок и выбор подходящего определения системы 5 Системой называехся совокупность элементов А некоторой природы и связей Л между ними, удовлетворяющих принципам системности Р

ГАЛС Р

г4. "'I

ШПЮ.З- . •сервер

Г1^ео«разовЕПвП1 рфсйсов-.

ИПУ СС

, '; Горочный.пулы т

АРМ ДСПГ; АРАДы опора горен:

I А«

кдксу (АЦ-Н

:: им :

ГАЦМН

УУПТ

СВДТ

- :-''

ш

т

«Я*

- протокол ЬНЫН "; сервер сшлчшы

.•^АРМрК.

КСАУ КС

Компрессорная • -

Рис 1. Структурная схема С С

Техническая структура горочного комплекса Рис. 2. Структурная схема горочного комплекса

твшйР

X 1 У

УО

' и

БУ

Рис 3 Обобщенная блок-схема системы управления (СУ)

Развиты относительно объекта исследования принципы системности атомарности, целостности, дифференциации элементов, целеустремленное га, согласованности «жизненных пространств» элементен, адаптивности системы и ее самоорганизации

Методология построения системы предполагает установление требований к программному, математическому, техническому обеспечению Разработка прикладного профаммного обеспечения строится в соответствии со следующими принципами модульность и функциональная законченность; многократное использование написанного кода, модифицируемость, параметрическая настраиваемость модулей Сформулированы требования к качеству программного обеспечения пригодность, защищенность, надежное 1ь, безотказность, практичность, эффективность, адаптируемость

Математическое обеспечение синтезируемого комплекса в соответствии с разрабатываемой идеологией интеллектуальных систем содержит три уровня обработки информации- внесистемный, реализуемый при построении моделей технологических процессов и процедур принятия решений, внутрисистемный, но выполняемый не в реальном времени, а предварительно при расчете оптимального режима скатывания, внутрисистемный, реализуемый в реальном времени работы управляющего оборудования

Выбор математического аппарата исследования зависит от характера решаемой задачи Для решения вопросов организационного управления на станции удобно использовать методы динамического программирования и методы теории оптимальною управления Важным местом приложения математического аппарата в задачах управления станционной работой являются методы логистики В данном случае они могут быть применены для задачи управления запасами «Запасы» при этом понимаются в двух аспектах традиционном (оптимизация наличия запасных частей, оборудования,

расходных материалов), технологическом (нетрадиционном) речь идет об оптимальной избыточности путей парка приема (ПП), парка формирования (ПФ), локомотивов, бригад обслуживания, обеспечивающей ритмичность работы комплекса, гарантированное выполнение технологических задач по перевалке грузов через СС в критических условиях функционирования Аппарат теории вероятностей наиболее адекватен при расчете рисков деятельности, как организационных, так и технико-технологических Методы математической статистики позволяют строить зависимости между исследуемыми переменными, а также формировать отчетные документы по результатам мониторинга работы системы Теория нечетких множеств (ТНМ) -удобный аппарат для формализации нечеткой логики оператора - является базой для создания многих интеллектуальных программ, синтезируемых на основе «копирования» интеллекта человека Прокомментированы также возможности аппарата нейросетево1 о моделирования и использования сенсорных сетей Суть теории распознавания образов (ТРО) в данной работе рассмотрена на примере создания автоматов-советчиков, а именно при реализации на ТП заданной скорости выхода отцепа из замедлителя

Повышение эффективности работы сортировочной станции обеспечивается с помощью КСАУ СС (рис 4) за счет выявления «узких» мест и скрытых резервов в организации технологического процесса, сокращения до минимума ручною ввода и искажения информации, предоставления оперативных данных о текущей технологической ситуации на станции оперативно-диспетчерскому персоналу в реальном времени для повышения качества и оперативности принимаемых решений, предоставления аналитического материала для принятия руководством мер по изменению технологии работы станции с целыо повышения основных лехнологических показателей

КСАУ СС должна обеспечить выполнение следующих показателей ведение единой модели подвижных единиц в пределах сортировочной станции в реальном времени на основании данных «от колеса», предоставление информации о размещении и перемещениях подвижных единиц для систем автоматического управления техническими средствами станции, сокращение времени простоя вагонов на станции, повышение исполнительской дисциплины в подразделениях и службах станции, упреждение превышения основных нормативных показателей работы станции, повышение оперативности и качества принимаемых решений, повышение квалификации управленческого и оперативного персонала, предоставление аналитической информации о работе

станции на основе протокольной информации за заданный период времени, оперативный контроль состава пригашаемых и отправляемых поездов и соответствия гелеграммы-натурного листа (ТГНЛ) фактическому составу поезда

В третьей главе «Технологическое и информационное обеспечение системы» рассмотрены существующий подход (разработанный при участии автора) к моделированию динамических процессов скатывания отцепов с горки, микропроцессорная ГАД с функциями контроля и накопления вагонов в сортировочном парке ГАЦ МН, система автоматизированного управления скоростями скатывания отцепов и управления прицельным торможением АРС-У У П Г, контрольно-диагностический комплекс в АСУ сортировочным процессом (рис 5)

Важную роль в информационном обеспечении играет КДК СУ ГАЦ Функции, выполняемые КДК СУ ГАЦ сбор и хранение информации о состоянии постовых и напольных устройств ЖАТ, отображение оперативного состояния контролируемых устройств в виде осциллограмм и диаграмм, эпюр, графиков и других наглядных форм представления информации; отображение в базе данных состояния устройств в режиме реального времени, выдача графиков состояния устройств и уровней аналоговых сигналов, статистическая обработка сохраненной в базе данных информации, для определения работоспособности устройств в заданном периоде времени, отображение в графическом виде информации о состоянии устройств на мнемосхеме горки, а также в виде таблиц уровней напряжений и токов, измеряемых на контролируемых устройствах, выдача результатов самодиагностики компонентов комплекса, состояния внутренних и внешних соединений локальной сети, оценка состояния технических средств управляющего вычислительного комплекса систем автоматизации и напольных устройств СЦБ по совокупности признаков для обеспечения реконфигурации управления на внутрисистемном уровне

л

КРАСНОЯРСК- R О СТОН H Ы И ' ¿."'"Sr^

___•. ',' п»р««С), ■ . , * ■ '■

/ / ■ " ;; '-- -г- .........\ ■

' ......-" ■ --------------------- / ■ --T"

ÄßS:"

// ■ ■ ''■•yj.v - r>' .¿-м---

. r - :___"0".....:-----г - " *~ ■ . - - __

ç'i ■'.:■■

J i..1 -, '■

C\ V

лШ iââ •S

Vi* v.;

■>v:

j -V

■vV1

ш

л.

■ •>•' - ''--i v i'¿' •••' • ■ 'л '•'•■ .• i.r-7-v i. ;., V ;/.?•■ v.*' J:-:'>i;:r.Г- -;г. • i .■ V-; ■. ■

ib:\h*M£ár )■ ШУ Ж-;.

. ■ •.•-"«г-;--."'-'-.

Сетевой коммутатор

В системы автоматизации технологических процессов (КГМ ПК, САУ КС и др)

Протокопироэание хода роспуска и маневровых работ

J 4 t

АРМ электромеханика сортировочной горки

' - I

■ • s

Bess"*!*,,

ï^WJMtt :

b'r-éï'v.- ,

'Xi

■ ' '5 g. - :

£ о э ; „ со •

ï я ». ':ГЪ С (V < ОЧ-- О..- t- . V « V

Платы гальванической изоляции и масштабирования

аналоговых сигналов АИМ16

релейный : пыхадюй модунь ADAM ÇC66

репэйны модуль ADA.V 506« ¡«»ныйрвпей! выходной модуль ADAM sose;v

Сервер баз данных

RS 100-S3-S3 2xPentium4 (2ГГц)

Контроллер сбора информации Промышленный компьютер IPC-615, Pentium 4 (2,4ГГ ц)

Активная матрица ввода дискретных сигналов

Платы:

ОДМ12А - сигналы постоянного тока; ОДМ12В - сигналы переменного тока; ОДМБА - сигналы постоянного тока

гапьванически не связанные; ОДМЗБ - си талы переменного тона гальванически не связанные.

Питающие установки

поста )

Схема измерения сопро гивления изоляции и поиска неисправности в питающих цепях

Напряжения: : > обмоток реле ПК/МК стрелок; '

- аатапереключателей стрелок;

путееых репе РЦ;

- реле.РТД-С и ЙПД; питающие установки,

панели конденсаторов,

аккомуляторные

батареи.

Сигналы управления и контроля напольных и постовых устройств сортировочной горки

Рис. 5. Структурная схема КДК автоматизированной сортировочной горки

Проблема безопасности движения поездов актуальна для процесса расформирования составов на сортировочных горках, который в полной мере относится к ответственным технологическим процессам Решение задачи повышения безопасности функционирования горочных устройств разделяется на три основных направления 1 Разработка нового поколения напольных горочных устройств - стрелочных приводов, замедлителей и аппаратуры управления 2 Диагностика состояния аппаратуры горочных устройств, в том числе предотказная 3 Разработка ani оритмических и схемных решений для парирования последствий опасных ситуации, вызванных опасными отказами

Четвертая глава «Интеллектуализация сортировочных процессов» посвящена совершенствованию математическою описания процессов скатывания отцепов с юрки В частности разработан оптимальный план (ыбл 1) идентификации полинома, описывающего процесс скатывания отцепов

Увых cij Vex + а2 V2ex ^ , (2)

где Vex, Увых — соответственно входная и выходная скорости отцепа на участке В табл 1 обозначено j - порядок выделяемого слагаемого полинома, с -коэффициент, определяющий входную скорость Vexi = c,V Здесь V -максимально возможная скорость отцепа на исследуемом участке.

Предложено использовать полиномы Вольтерра для описания инерционности процесса Приведены иллюстративные примеры

Составлена совокупность интеллектуализируемых функций сортировочного процесса на СС Она выглядит следующим образом

1 Управление действиями юрочного, станционного (и других) операторов

2 Выбор состава в ПП для надвига на СГ 3 Классификация отцепов но ходовым свойствам 4 Управление надвигом составов на горку 5 Управление скатыванием отцепов по участкам свободного скатывания 6 Торможение отцепов на замедлителях ТО 7 Выбор пути отсева отцепа с нарушенным режимом скатывания 8 Выбор пути заезда мепеврового локомотива для нормализации результатов роспуска

Таблица 1

Оптимальный план идентификации процесса скатывания отцепов

7+1 Со С) с2 с3 с4 с5 Сб

1 0,5

2 0,855 0,145

-» J 0,935 0,5 0,065

4 0,96 0,69 0,31 0,04

5 0,975 0,795 0,5 0,205 0,025

6 0,985 0,855 0,63 0,37 0,145 0~015~

7 0,985 0,89 0,715 0,5 0,285 0,11 0,015

Более подробно рассмотрены процедуры создания автомата-советчика по управлению скоростью выхода отцепа из ТП, которые основываются на следующих предположениях

1 Отцеп управляется импульсно, то есть при необходимости (если текущая скорость выше заданной на выходе) кратковременно включается замедлитель ТП

2 Об управляемом отцепе известны скорость входа в ТП - хь весовая категория - х2> количество вагонов в отцепе - хз, расчетная скорость выхода -

Х4

3 Известны аналогичные данные о работе данного замедлителя в некоторый предшествующий период с той лишь разницей, что вместо расчетной скорости выхода - х4 указана реальная выходная скорость после импульса торможения

Алгоритм принятия решения в автомате-советчике построен основе принципов и идей теории распознавания образов

- для каждого класса решений' «не тормозить» (у -- 0), «тормозить» (у = 1) строятся эталоны - точки в четырехмерном признаковом пространстве с координатами, характеризующими средние значения точек классов,

- определяются параметры разброса точек одного класса вокруг соответствующего эталона,

- определяется гиперплоскость, проходящая через середину отрезка, соединяющею эталоны классов и разделяющая все исследуемое признаковое пространство на две части

В нашем случае имеем эталон первого класса

X" = (21,86, 2,43,2,26, 17, 66), (3)

второго

= (23,26, 3,31, 1,31, 13,78) (4)

Разброс переменных около среднего оценивался дисперсией соответствующего признака Результаты приведены в табл 2

Таблица 2

Характеристики разброса данных по параметрам отцепов

Класс X, х4

У = 0 5,36 2,89 2,02 3,1

У = 1 1,61 3,3В 0,29 12,30

Анализ табл. 2 позволяет совместно с (3) и (4) сделать ряд существенных выводов Вот некоторые из них

- разброс точек первого класса по первой переменной значительно выше аналогичного разброса точек второго класса, и перекрывает его эталон Это сравнение характеризует слабую разделяемость классов по первому признаку,

- наиболее интенсивно тормозятся одновагонные отцепы (дисперсия равна 0,29 при среднем 1,31),

- высокая дисперсия выходной скорости после торможения (12,30) характеризуе1 на сколько замедлитель при торможении дифференцирует скорости скатывающихся отцепов и т д

Г иперплоскость, разделяющая выделенные классы отцепов имеет вид

G (X) - 1,04 х, f 0,88 х2 - 0,95 х3 - 3,88 х4 н 28,52 (5)

Ее анализ говорит, что наибольший вклад в распознавание ситуации вносит признак х4, наименьший - признаки х2 и хз

Проверка адекватности соотношения (5) дает следующие результаты вероятность правильности распознавания ситуации, не требующей торможения примерно равна 0,91, а ситуации требующей торможения - 0,78, что хорошо согласуется с «качеством» исходных данных, представленных для обучения советчика высокая степень пересечения классов (табл 2)

Данный раздел содержит также материалы по интеллектуальной диагностике состояния вагонных замедлителей

В пятой главе «Прикладные аспекты исследования и внедрения» осуществлена разработка комплекса обеспечивающих технических устройств В частности, разработано устройство плавного управления тормозными средствами и комплекс технических средс1в логической защиты стрелки

Здесь же дано описание реального внедрения системы Ниже приведен сравнительный анализ показателей работы станции Красноярск-Восточный за 2006-2007 годы после внедрения на ней КСАУ СП

Фактическая переработка в вагонах возросла на 32% с 785 695 до 1 033 271 вагонов (в сравнении с 2005 на 60%)

Среднее количество перерабатываемых вагонов в сутки увеличилось на 31% - с 2153 до 2831 (в сравнении с 2005 - на 60%)

Суточная перерабатывающая способность горки увеличилась на 27 % с 3618 до 4611 (в сравнении с 2005 на 42%)

На 23% сократились суммарные потери времени на проведение технологических операций при «прерванных роспусках» с 412,56 ч в 2006 i до 316,56 ч в 2007 г (в сравнении с 2005 г - на 28%)

На 22% сократился средний интервал между роспусками (с 17,34 мин в 2006г до 13,6 мин в 2007г) (в сравнении с 2005 г - на 30%)

Количество «чужаков» уменьшилось на 24% (в сравнении с 2005 г - на 40%)

Среднее количество роспусков в сутки увеличилось на 24% с 45 до 56 (в сравнении с 2005 г - на 47%)

Возросла на 14% скорость надвига состава при расформировании - до

5,76 км/ч (в сравнении с 2005 на 28%)

Экономические показатели внедрения КСАУ СП на ст Красноярск-Восточный

■ капитальные затраты на автоматизацию - 71,2 млн. руб.

В Сокращение эксплуатационных расходов - 24,7 млн.р. в год

Н Дополнительный доход за счет сокращения простоя вагонов с переработкой на станции - 12,2 млн.р. в год

И Чистый доход за 10 лет (расчетный срок эксплуатации системы автоматизации) - 220 млн.р.

В Срок окупаемости инвестиций - 2,5 года

Внедрение системы автоматизации компрессорной станции при капитальных затратах 1 млн рублей в пересчете на 1 компрессорную установку дает следующие экономические показатели.

П Годовой экономический эффект - 340 тыс.р.

И Чистый доход ЧД - 2,42 млн.р.

И Срок окупаемости - менее 3-х лет (2,97 лет)

В заключении диссертации изложены основные теоретические и практические выводы, сделанные в рамках проведенного исследования

В приложении приведена статистика и акты, подтверждающие результаты внедрения научных разработок в практику

Основные положения работы отражены в следующих публикациях:

1 Шабелышков АН, Соколов ВН Средства автоматизации сортировочной горки ст Бекасово Московской жд // Железнодорожный транспорт Серия Сигнализация и связь Экспресс-информация Москва ЦНИИТЭИ, 2003 - Выпуск 2-3

2 Савицкий А Г , Шелухин В.И, Соколов В Н Управление движением составов и отцепов на автоматизированных сортировочных горках // Автоматика, связь, информатика, 2004, № 7

3 Савицкий А Г, Шелухин В И, Соколов ВН Микропроцессорная система горочной автоматической централизации ГАЦ МН // Автоматика, связь, информатика, 2004, № Ю

4 Соколов В Н. Контрольно-диагностический комплекс в автоматизированной системе управления сортировочным процессом с обнаружением предотказных состояний устройств и удаленным мониторингом // Сборник трудов Второй международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2005 Сочи 2005

5 Шабельников А Н, Соколов В Н Актуальные проблемы повышения безопасности роспуска составов на сортировочных юрках // Сборник трудов 4-

й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». Москва. 2005.

6. Шабелышков А Н, Соколов В Н Новейшие технологии автоматизации технологических процессов на сортировочных станциях // Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2006 С-Пб. 2006

7 Шабелышков А Н, Соколов В.Н, Одикадзе В Р , Данынин А И , Рогов С.А. Горочная автоматическая централизация микропроцессорная с контролем накопления вагонов в сортировочном парке (ГАЦ МН) // Патент на полезную модель № 51955. Зарегистрирован в Гос реестре полезных моделей РФ 10 марта 2006 г.

8 Шабельников А Н, Соколов В Н, Одикадзе В Р , Родионов Д В, Даньшин А И Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств горочной автоматической централизации (КДК СУ ГАЦ) // Патент на полезную модель № 56308 Зарегистрирован в Гос реестре полезных моделей РФ 10 сентября 2006 г

9. Шабельников А Н., Соколов В Н. Ростовский филиал ВНИИАС -развитие и перспективы / Автоматика, связь, информатика, 2006, № 2

10 Шабельников АН, Соколов ВН Устройство управления прицельным торможением // Патент на полезную модель № 54348 Зарегистрирован в Гос реестре полезных моделей РФ 27 июня 2006 г

11. Шабелышков АН, Соколов ВН. Новые методы защиты стрелок горочной централизации от перевода под подвижным составом // Сборник-трудов Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2006 С-Пб 2006

12 Шабельников А Н, Соколов В Н , Одикадзе В Р., Рогов С А Модуль плавного управления тормозными средствами (МПУТС) // Патент на полезную модель № 57700. Зарегистрирован в Гос реестре полезных моделей РФ 27 октября 2006 г

13 Шабельников АН, Шумский АВ, Соколов ВН., Одикадзе В Р., Бирюков И.А. Комплекс технических средств логической защиты стрелки (КГС ЛЗС) И Патент на полезную модель № 52799 Зарегистрирован в Гос реестре полезных моделей РФ 27 апреля 2006 г

14 Шабельников А.Н , Соколов В Н, Одикадзе В Р , Сайков И Г , Даньшин А И Комплексная система автоматизации управления компрессорной станцией (КСАУКС) // Патент на полезную модель № 59511. Зарегистрирован в Гос реестре полезных моделей РФ 27 декабря 2006 г.

15 Шабельников АН, Соколов ВН Новейшие технологии автоматизации работы сортировочных станций // Автоматика, связь, информатика, 2007, № 11

Статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Шабельников АН, Соколов ВН Моделирование динамической системы управления скоростью самопроизвольно движущегося объекта // СКНЦ, приложение «Научная мысль Кавказа» № 13,2001

2. Шабельников А Н, Соколов В Н, Сарьян А С Импульсное управление торможением отцепов с помощью автомата-советчика // Вестник РГУПС, № 2,2008 г

3 Соколов В Н, Методы прицельного вытормаживания отцепов // Автоматика, связь, информатика, 2007, №11.

Соколов Владислав Николаевич

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ СОРТИРОВОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ: ТЕХНИЧЕСКОЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ, ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 28 05 2008 I Формат 60x84/16 Бумага офсегная Печать офсетная Уел печ л—I,-Тираж 100 Заказ №393?.

Ростовский государственный университет путей сообщения Ризо1 рафия РГУПС

Адрес университета 344038, г Ростов-на-Дону, пл Ростовского стрелкового полка народного ополчения, 2

ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Характеристика сортировочной станции и проблемы автоматизации сортировочных процессов.

1.1. Сортировочная станция - базовый элемент перевозочного процесса.

1.2 Обзор существующих систем автоматизации станционных процессов

1.3 Цели и задачи разрабатываемого комплекса.

2. Методологические основы разработки и внедрения комплексной системы автоматизации сортировочных процессов.

2.1. Системный подход к анализу сортировочных процессов и синтезу управляющего комплекса.

2.2. Программное, математическое, техническое обеспечение разработки

2.3. Пути и методы совершенствования систем автоматизации сортировочных процессов.

3. Технологическое и информационное обеспечение системы.

3.1 Существующий подход к моделированию динамических процессов скатывания отцепов с горки.

3.2 Микропроцессорная ГАЦ с функциями контроля и накопления вагонов в сортировочном парке ГАЦ МН.

3.3 Система автоматизированного управления скоростями скатывания отцепов и управления прицельным торможением АРС-УУПТ.

3.4 Контрольно-диагностический комплекс в АСУ сортировочным процессом.

3.5 Пути повышения безопасности роспуска составов на сортировочной горке.

4. Интеллектуализация сортировочных процессов.

4.1 Совершенствование математического описания инерционных процессов скатывания отцепов с горки.

4.2 Мониторинг и управление скатыванием отцепов с горки на основе применения нейросетей и беспроводных сенсорных сетей.

4.3 Разработка автоматов-советчиков, обеспечивающих интеллектуализацию сортировочного процесса.

4.4 Интеллектуальная диагностика состояния вагонных замедлителей.

5. Прикладные аспекты исследования и внедрения.

5.1. Разработка комплекса обеспечивающих технических устройств.

5.1.1. Устройство плавного управления тормозными средствами.

5.1.2. Комплекс технических средств логической защиты стрелки.

5.2. Описание реального внедрения системы.

Актуальность темы исследования.

Интеграция России в мировое экономическое сообщество, требования конкурентоспособного и эффективного развития на всех уровнях управления экономикой страны актуализировали проблемы функционирования хозяйствующих субъектов и изменения парадигмы управления ими во всех сферах, в том числе и на железнодорожном транспорте. Это поставило отрасль перед задачей эффективной реструктуризации.

Переход российской экономики на рыночные условия хозяйствования сформулировали новые требования к характеру функционирования железнодорожной отрасли, основными из которых следует считать1:

- учет экономических критериев работы всех звеньев транспортного конвейера;

- повышение качества технологических процессов за счет внедрения инноваций, что повысит конкурентоспособность железнодорожного транспорта на рынке транспортных услуг.

Не исключением в этом ряду являются системы сортировки составов, осуществляемые на сортировочных станциях (СС). В настоящее время ресурсы повышения эффективности работы СС посредством автоматизации ее основных процессов исчерпаны и выход нами видится в создании и внедрении систем нового поколения - систем интеллектуального функционирования, что хорошо корреспондирует с объявленной в отрасли программой реструктуризации.

Интеллектуальность работы СС определяется общей логикой функционирования, включающего человека биологической составляющей комплекса, совокупностью интеллектуально функционирующих элементов и подсистем.

1 Гапанович В.А. Задачи и перспективы инновационного развития отрасли / АСИ, № 11, 2007. • . 7

В существующей нормативной литературе по реструктуризации отрасли2 (отдельных предприятий), многочисленных научных, исследованиях3 много внимания уделяется организационным проблемам преобразования. Достаточно подробно исследуются идеология, структуры, механизмы реструктуризации и функционирования отрасли (предприятия) в; новых условиях хозяйствования. Вместе с тем технические, технологические проблемы остались вне пристального внимания, менеджмента отрасли. Это определило выбор темы исследования.

Степень разработанности проблемы.

Проблемы собственно развития отрасли освещены в Стратегических целях развития ОАО «РЖД» на период до 2010 года и в Стратегических направлениях научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2030 г.

В соответствии со Стратегическими направлениями научно-технического развития ОАО «РЖД» на период до 2030 года поставлена задача резкого повышения производительности, труда, сокращения эксплуатационных расходов, перехода на малолюдные технологии работы, сортировочных станций с одновременным повышением безопасности прохождения технологических процессов формирования-расформирования составов на сортировочных станциях. Особое внимание обращается на необходимость концентрации сортировочной работы на крупных сортировочных станциях сетевого и регионального значения, на которых должны быть обеспечены высокопроизводительная переработка вагонов и выполнение жестких ■ нормативов простоя вагонов. . — . .

2 Каинов В.М. Хозяйство СЦБ: проблемы и перспективы реструктуризации / АСИ, № 1], 2007.' , 1 '

3 См. обзор Шабельников А.Н. Новейшие технологии автоматизации работы сортировочных станций / АСИ, №11, 2007

Техническое и технологическое обеспечение станционной работы освещено в трудах Г. Биленко, А. Бородина, А. Казакова, Н. Модина, О. Олейник, Л. Тишкова и др.

Проблемы горочной автоматизации подробно исследованы В. Иванченко, Н. Модиным, А. Савицким, В. Шелухиным, Н. Фонаревым.

В плане построения формальных описаний, разработки инструментария планирования и управления деятельностью СС автор опирался на труды А. Баженюка, Л. Берштейна, М. Бутаковой, Л. Заде, С. Ковалева, Н. Лябаха, А. Мелихова, А. Орлова, С. Светунькова и др.

Интеллектуализации транспортных процессов посвятили свои работы А. Гуда, И. Дергачева, В. Иванченко, С.Ковалев, Н. Лябах, А. Шабельников.

Однако, для практической реализации предлагаемых в анализируемых источниках механизмов описания исследуемых технологических процессов на СС, определения оптимального режима функционирования и управления требуется адаптация имеющегося теоретического и методического инструментария, разработка технического и программного обеспечения и применение формализованных процедур идентификации и принятия интеллектуальных решений. Кроме того, в настоящее время отсутствует единая методология построения АСУ СС, обоснованная с точки зрения системного подхода. Это определило цель и задачи диссертационного исследования.

Цель диссертационного исследования — разработка методов, системы и технологии управления сортировочными процессами, включая механизмы интеллектуализации основных функций процесса сортировки составов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задами: Проанализировать состояние и перспективы развития АСУ СС, сформировав актуальные направления исследования и совершенствования деятельности СС.

Развить идеологию построения (принципы, структуру и функции) комплексной системы автоматизированного управления сортировочной станцией (КСАУ СС).

Разработать соответствующее программно-математическое обеспечение автоматизации и интеллектуализации сортировочных процессов.

Разработать контрольно-диагностический комплекс АСУ сортировочным процессом.

Разработать комплекс обеспечивающих технических устройств.

Внедрить разработанные в диссертации методы и методики в практику деятельности отрасли, научные исследования и учебный процесс.

Объект исследования: сортировочная станция, технологические процессы расформирования-формирования составов на станции.

Предмет исследования: методы и механизмы автоматизации СП на основе интеллектуализации функций, применения современных информационных технологий и инновационных технологических решений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Состояние задачи автоматизации СС, в целом, и ее отдельных подсистем, в частности, характеризуется отсутствием системного подхода к решению, наличием комплекса технических, технологических, программно-математических проблем.

Системный подход, обеспечивающий стратегическое видение и решение проблем управления сортировочными процессами, лежит в основе создаваемой методологии управления СП, и в свою очередь требует своего развития с учетом специфики предмета исследования и сферы приложения.

2. Изменение экономической ситуации в России потребовало изменения миссии, целей и задач функционирования железнодорожного транспорта.

Основными стратегическими задачами являются: перевод отрасли на рыночные условия хозяйствования; включение инноваций, как основного рычага развития транспортного комплекса.

3. Разнородность задач моделирования сортировочных процессов требует развития методов идентификации технологических процессов и процедур принятия решений на основе современного математического аппарата: теории нелинейных инерционных систем, теории нечетких множеств, теории нейронных сетей и др.

4. Успех решения задачи формализованного описания исследуемой предметной области, а также задачи управления СС зависит от полноты, репрезентативности, точности, своевременности исходных данных о системе. Получение этой информации, ее анализ возлагается на описываемый в работе контрольно-диагностический комплекс (КДК).

5. Определяющим критерием функционирования С С (наряду с минимизацией времени обработки состава, затрачиваемой энергии, стоимости транспортных услуг) является обеспечение заданного уровня безопасности работ. В этой связи актуализируется проблема разработки соответствующей системы безопасности, включающей комплекс организационных, технических, технологических, программно-математических мер.

Научная новизна исследований:

1. Развито представление о логике, механизмах применения методологии системного подхода в задачах анализа и синтеза системы управления СС, позволившее с одной стороны использовать для решения задач управления СП научные достижения и опыт смежных наук и, с другой, обобщить полученные результаты до возможностей использования их в иных сферах управления.

2. Предложены:

- методика интеллектуализации СП, проиллюстрированная синтезом автомата-советчика;

- методика исследования процессов скатывания отцепов с> горки, позволяющая идентифицировать процесс п выработать механизмы адекватного управления им;

- подходы, использующие нейронные сети и сенсорные системы для моделирования различных процессов и процедур принятия решений на СС.

Предложенные методики и механизмы составляют основу формализации процессов управления на СГ.

3. Разработаны алгоритмы управления торможением отцепами на ТП на основе математической модели, учитывающей инерционность исследуемых процессов и использующей схему связей «вход-выход». Определены входные и выходные переменные модели.

4. Разработаны структура и технологии функционирования КСАУ СС, легко адаптируемые под конкретные условия автоматизации.

5. Разработаны идеология, технические и технологические решения по созданию КДК в части решения задачи повышения безопасности функционирования горочных устройств путем их диагностики, в том числе предотказной, за счет непрерывного анализа состояния устройств и на этой основе заблаговременного предотвращения возникновения опасных ситуаций.

6. Систематизированы и развиты меры по повышению безопасности сортировочных процессов, обеспечивающие выполнение нормативных требований, установленных на железных дорогах страны и мира.

7. Разработан комплекс технических средств, обеспечивающих научные исследования и практику внедрения КСАУ СС.

Теоретико-методологической основой диссертационного исследования явились научные труды отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме, специалистов по управлению сортировочными процессами.

В данном диссертационном исследовании использовались принципы системного (структурно-функционального) и сравнительного анализов, теория самооргаиизации сложных процессов, статистические методы (корреляционно-регрессионный анализ), теория нечетких множеств, позволяющая формализовать опыт и интуицию разработчиков СУ и специалистов по управлению сложными технологическими процессами, методы интеллектуализации управления, обеспечивающие «разумное» поведение синтезируемой системы в неопределенной среде функционирования.

Информационно-эмпирической базой исследования послужили нормативные документы, законодательные акты, данные мониторинга сортировочного процесса на СС, экспертная информация, полученная на основе авторского обследования.

Теоретическая ценность диссертационного исследования заключается в разработке общих принципов, универсальных механизмов развития систем автоматизации сортировочных станций.

Практическая значимость состоит в том, что разработанные в работе подходы и методы внедрены в конкретных системах автоматизации технологических процессов на сортировочных станциях:

- Микропроцессорная система автоматического управления маршрутами движения отцепов на сортировочной горке с контролем накопления вагонов в сортировочном парке ГАЦ МН;

- Система автоматизированного регулирования скорости скатывания отцепов и управления прицельным торможением с накоплением на всю глубину сортировочного парка АРС-УУПТ;

- Контрольно-диагностический комплекс станционных устройств зоны горки КДК СУ ГАЦ, обеспечивающий протоколирование и метрологически аттестованные измерения основных технологических параметров функционирования горочных устройств;

Система поддержки принятия решений оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки СГТПР КДК СУ, обеспечивающая интеллектуальный анализ большого количества протокольной и диагностической информации;

- Комплексная система автоматизации управления технологическим оборудованием компрессорной станции КСАУКС.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры

Информатика» РГУ ПС, конференциях РГУ ПС, на Второй международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2005, г. Сочи, 2005 г., 6-й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». — Москва, 2005 г., Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2006, г. Санкт-Петербург, 2006 г.

Результаты диссертационного исследования внедрены в системах автоматизации сортировочных процессов на ст.Красноярск-Восточный Красноярской ж.д., ст. Инская Западно-Сибирской ж.д. и в учебном процессе РГУПС (приложение 2).

Публикации по теме. Основные положения диссертации опубликованы в 18 печатных работах, общим объемом 1,54 п. л.

Структура и объем работы. Диссертация имеет традиционную структуру и состоит из введения, пяти глав, заключения, двух приложений. Она содержит 182 стр. машинописного текста, 24 рисунка, 5 таблиц, и библиографию, содержащую 102 наименования.

Заключение

Инновационная реструктуризация железнодорожной отрасли ставит перед научными подразделениями, обеспечивающими развитие станционных сортировочных систем, и соответствующим эксплуатационным персоналом принципиально новые задачи и, учитывая, что ресурсы повышения эффективности работы СС посредством автоматизации ее основных процессов уже исчерпан, в работе поставлена задача создания и внедрения систем нового поколения - интеллектуально функционирующих комплексов.

Интеллектуальность работы СС обеспечивается общей логикой функционирования, включающего человека в качестве биологической составляющей комплекса, а также совокупностью интеллектуально функционирующих элементов и подсистем.

Для достижения поставленной в работе цели были сформулированы следующие взаимообусловленные задачи: дать анализ современного состояния и перспектив развития АСУ

СС; сформировать актуальные направления исследований и совершенствования деятельности СС; развить идеологию синтеза комплексной системы автоматизированного управления сортировочной станцией (КСАУ СС); развить ряд научных вопросов обеспечения машинного интеллекта; разработать необходимое программное и математическое обеспечение автоматизации и интеллектуализации сортировочных процессов; разработать контрольно-диагностический комплекс АСУ сортировочным процессом; внедрить разработанные в диссертации методы и методики в практику деятельности отрасли, научные исследования и учебный процесс.

Поставленные вопросы получили в силу различных объективных и субъективных причин различную глубину проработки. Теоретическое осмысление коснулось проблем системного анализа в задаче автоматизации СП, учета инерционности процессов скатывания отцепов, использования сенсорных систем. Доведены до работающих алгоритмов процедуры синтеза автомата-советчика по реализации заданной скорости выхода отцепа с ТП. Внедрены в практику управления КДК, система управления скоростями скатывания отцепов АРС-УУПТ.

В части развития системного подхода, обеспечивающего стратегическое видение и решение проблем управления сортировочными процессами, дано адекватное определение и изложены основные принципы в терминах объекта исследования.

Для решения задач моделирования сортировочных процессов в работе развиты методы идентификации технологических процессов и процедур принятия решений, использующие современный математический аппарат: теории нелинейных инерционных систем (учет инерции скатывания и торможения отцепов), теории нечетких множеств (фиксация и формализация опыта и интуиции оператора), теория распознавания образов (построение решающего правила для автомата-советчика), теории нейронных сетей (моделирование скатывания и процедур принятия решений) и др.

Мониторинг системы, обеспечивающий полноту, репрезентативность, необходимую точность, своевременность предоставления исходных данных, осуществляется разрабатываемым в работе контрольно-диагностическим комплексом. Он позволяет повысить безопасность функционирования горочных устройств путем их диагностики, в том числе предотказной, за счет непрерывного анализа их состояния и на этой основе заблаговременного предотвращения возникновения опасных ситуаций.

Разработаны структура и технологии функционирования КСАУ СС, внедренной на ряде СГ страны.

Систематизированы и развиты меры по обеспечению безопасности сортировочных процессов.

Разработан комплекс технических средств, обеспечивающих научные исследования и практику внедрения КСАУ СС.

При разработке темы учитывался отечественный и зарубежный опыт автоматизации СП, новейшие достижения в области информатизации и теории управления сложными объектами, использовались разработки иных смежных областей науки и техники.

В качестве нерешенных проблем, сдерживающих разработку и внедрение на железнодорожном транспорте автоматизированных систем, следует назвать следующие аспекты:

1. Несовершенство технических устройств торможения отцепов, связанное с высоким разбросом характеристик и конструктивными недочетами (ограниченная длина замедлителей).

2. Отсутствие собственной базы разработки и изготовления вычислительных и иных блоков системы.

3. Недостаточная осведомленность обслуживающего персонала о возможностях и свойствах управляющего комплекса.

Таким образом, результаты диссертационных исследований и основные положения, вынесенные на защиту, получили свое развитие и нашли реальное применение при внедрении систем горочного комплекса КСАУ СП на ряде сортировочных станций сети дорог ОАО «РЖД».

В результате реализации технических и технологических решений при создании КДК в части решения задачи повышения безопасности функционирования горочных устройств путем их предотказной диагностики уровень безопасности технологического процесса расформирования составов па сортировочных горках получил тенденцию устойчивого роста.

Реализация предложенных методов управления скоростью скатывания отцепов на основе математической модели, учитывающей инерционность, предысторию процесса, позволила повысить качество работы системы АРС

УУПТ до установленных нормативными документами значений, что, в свою очередь, обеспечило возможность повышения производительности сортировочной горки за счет сокращения количества горочных операторов, участвующих в процессе роспуска. Кроме того, за счет повышения степени заполнения путей сортировочного парка сократилось количество маневровой работы по осаживанию вагонов в сортировочном парке. Все это дало значительный технико-экономический эффект.

1. Авторское свидетельство: Устройство для автоматического управления вагонными замедлителями па сортировочных горках / Фонарев Н.М., Нефедова Т.А., Федоров Н.В. № 4742, 1975. - 3 с.

2. Айзерман М.А., Браверман Э.М., Розоноэр ЛИ. Метод потенциальных функций в теории обучения машин. М.: Наука, 1970. - 384 с.

3. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ / Пер. с англ. М.: Мир, 1982.-488 с.

4. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.Б. Смолова. М.: Радио и связь, 1981. - 328 с.

5. Бир Ст. Кибернетика и управление производством. М.: Наука, 1966.

6. Бир Ст. Мозг фирмы.- М.: Радио и связь, 1993.

7. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Высш. шк., 1999. 576 е.: ил.

8. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине. -М.: Наука, 1970.-248 с.

9. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: Издательство СПбГГУ, 2001.

10. Гапанович В.А. Задачи и перспективы инновационного развития отрасли / АСИ, № 11,2007.

11. Дергачева И.В. Принципы и механизмы самоорганизации в системах автоматизированного управления // диссертация на соискание степени кандидата технических паук. Ростов н/Д: РГУПС, 2006.

12. Заде Л.А. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений. В кн.: Математика сегодня. М.: Знание, 1974.-С. 5-49.

13. З.Горелик A.J1., Скрипкин В.А. Методы распознавания: Учеб. пособие для вузов М.: Высш. шк., 1977. - 222 с.

14. И.Григорьев В.J1. Программное обеспечение микропроцессорных систем. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 208 с.

15. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. М.: Мир, 1976. -512с.

16. Дюран Б., Одел П. Кластерный анализ. М.: Статистика, 1977. - 150 с.

17. Загоруйко Н.Г. Методы распознавания и их применение. — М.: Советское радио, 1972. 208 с.

18. Круг Г.К., Сосулин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. М.: Наука, 1977. - 208 с.

19. Гольбан Е.В., Лябах H.H. (младший). Параметрическая идентификация мер близости признаковых пространств // Изв. Вузов. Сев. — Кавк. Регион. Техн. Науки. 1997. № 2. С. 37- 39.

20. Гуда А.Н., Иванченко В.Н. Лябах H.H. Программа идентификации процессов с применением устойчивой процедуры нахождения оценок коэффициентов. Гос. Фонд алгоритмов и программ. - Per. № 50850000973.- 1985.-7 с.

21. Дергачева И.В. Исследование модели внутрифирменной организации // Вестник РГУПС. 2004. № 1.

22. Заде Л.А. Математика сегодня. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений. М.: Знание, 1974. -С.5-49.

23. Иванченко В.Н. Исследование и разработка алгоритмов функционирования информационно-логической системы автоматизированной сортировочной горки. Ростов н/Д, 1976. (Труды РИИЖТа, вып. 133), С. 18-24.

24. Иванченко В.Н. и др. Математическое моделирование микропроцессорных систем управления на железнодорожном транспорте: Учеб. пособие / Иванченко В.Н., Лябах H.H., Гуда А.Н., Моисеенко И.Е. Ростов н/Д.: РИИЖТ, 1984. 80 с.

25. М.Григорьев В.Jl. Программное обеспечение микропроцессорных систем. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 208 с.

26. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. -М.: Мир, 1976. -512с.

27. Дюран Б., Одел П. Кластерный анализ. М.: Статистика, 1977. - 150 с.

28. Загоруйко Н.Г. Методы распознавания и их применение. — М.: Советское радио, 1972. — 208 с.

29. Круг Г.К., Сосулин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. -М.: Наука, 1977. 208 с.

30. Гольбан Е.В., Лябах H.H. (младший). Параметрическая идентификация мер близости признаковых пространств // Изв. Вузов. Сев. Кавк. Регион. Техн. Науки. 1997. № 2. С. 37- 39.

31. Гуда А.Н., Иванченко В.Н. Лябах H.H. Программа идентификации процессов с применением устойчивой процедуры нахождения оценок коэффициентов. Гос. Фонд алгоритмов и программ. - Per. № 50850000973,- 1985.-7 с.

32. Дергачева И.В. Исследование модели внутрифирменной организации // Вестник РГУПС. 2004. № 1.

33. Заде Л.А. Математика сегодня. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений. М.: Знание, 1974. -С. 5-49.

34. Иванченко В.Н. Исследование и разработка алгоритмов функционирования информационно-логической системы автоматизированной сортировочной горки. Ростов н/Д, 1976. (Труды РИИЖТа, вып. 133), С. 18-24.

35. Иванченко В.Н. и др. Математическое моделирование микропроцессорных систем управления на железнодорожном транспорте: Учеб. пособие / Иванченко В.Н., Лябах H.H., Гуда А.Н., Моисеенко И.В. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1984. 80 с.

36. Иванченко В.Н., Лябах H.H., Гуда А.Н. Применение методов регрессионного анализа для моделирования сложных процессов // Вестник ВНИИЖТа, 1985, №7.-С. 8-10.

37. Иванченко В.Н., Лябах H.H., Гуда А.Н. Применение методов самоорганизации для построения моделей сложных процессов // Известия СКНЦ ВШ. Технические науки, 1985, № 1. С. 89 - 91.

38. Иванченко В.Н., Лябах H.H., Ковалев С.М. Принятие решений на железнодорожном транспорте на основе использования теории нечетких множеств: Методические указания. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1987.-28 с.

39. Ивахненко А.Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем. Киев.: Наукова думка, 1981. - 296 с.

40. Ивахненко А.Г., Зайченко Ю.П., Димитров В.Д. Принятие решений на основе самоорганизации. М.: Советское радио, 1976. — 280 с.

41. Иващенко H.H. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем: Учеб. для вузов: 4-е изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1978. 736 с.

42. Кайнов В.М. Хозяйство СЦБ: проблемы и перспективы реструктуризации / АСИ, № 11, 2007.

43. Ковалев С.М., Шабельников А.Н. Моделирование процессов управления замедлителем на основе композиционных цепочек нечеткого вывода // Известия ТРТУ № 2 (16). Таганрог: ТРТУ, 2000. -С. 75-78.

44. Козлов П.А. Новый этап-в разработке автоматизированных систем управления // Автоматика, связь, информатика. 2000. -№4. С. - 7-10.

45. Количественные требования и средства контроля обеспечения безопасности систем и устройств СЦБ. Р-807. Введены 7.11.2000 г.

46. Кузнецов Л.П., Иванченко В.Н., Лябах H.H., Самойленко Ю.А. Автоматизация технологических процессов в системе оперативногоуправления сортировочной станцией: Учеб. пособие. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1984,- С. 78.

47. Липаев В.В. Программно-технологическая безопасность информационных систем // Jet Info online. 1997. - № 6-7. - С. 25-34.

48. Лябах H.H., Бутакова М.А. Системы массового обслуживания: развитие теории, методология моделирования и синтеза: монография. -Ростов-на-Дону: РГУ ПС, 2004. 200 с.

49. Лябах H.H. Математические основы разработки и использования машинного интеллекта. Ростов н/Д: СКНЦ ВШ, 1989. - 112 с.

50. Лябах H.H., Моисеенко И.Е. Идентификация безынерционных объектов и управление ими по результатам статистических наблюдений. Гос. Фонд алгоритмов и программ. - Per. № 50890001190,- 1989. - 16 с.

51. Лябах H.H., Моисеенко И.Е. Решение плохо обусловленных систем линейных уравнений методом замены оператора в задачах управления технологическими процессами. Гос. Фонд алгоритмов и программ. -Per. № 50890000947. - 1989. - 17 с.

52. Лябах H.H., Пирогов А.Е. Автоматизация технологических процессов на железнодорожном транспорте на основе микропроцессоров с применением методов распознавания: Учеб. пособие. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1984.-76 с.

53. Лябах H.H. Принятие решений в микропроцессорных информационно-управляющих системах на железнодорожном транспорте: Учеб. пособие. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1986. - С. 73.

54. Лябах H.H. Разработка и реализация самоорганизующихся процедур построения математических моделей сложных объектов и процессов принятия решений. Док. дис. - Ростов н/Д, 1992. - 373 с.

55. Лябах H.H., Чернов A.B., Шабельников А.Н. Безопасность и качество функционирования программного обеспечения информационноуправляющих систем на транспорте. М.: Вестник ВНИИЖТ, 2001. — №5.

56. Лябах H.H., Шабельников А.Н. Техническая кибернетика на железнодорожном транспорте: Учебник // Ростов н/Д: РГУПС, СКНЦ ВШ, 2002.-283 с.

57. Лябах H.H., Тептиков Н.Р., Шабельников А.Н., Матвиенко В.П. Математические проблемы и методы принятия решений в системах диагностики и управления на железнодорожном транспорте. СКНЦ, приложение «Научная мысль Кавказа» № 3, 2001.

58. Мак-Кинси Дж. Введение в теорию игр / Пер. с англ. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960.-420 с.

59. Малышев П.Г., Берштейн JÏ.C., Баженюк A.B. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 136 с.

60. Мелихов А.Н., Берштейн JI.C., Коровин С.Я. Расплывчатые ситуационные модели принятия решений: Учеб. пособие. Таганрог: ТРТИ, 1986. - 92 с.

61. Модин Н.К. Безопасность функционирования горочных устройств. -М.: Транспорт, 1994.

62. Муха Ю.А. Описание процесса скатывания отцепов с горки при помощи метода планирования эксперимента. Днепропетровск: ДРШТ, 1975. Вып. 168/9.-С. 3-19.

63. Молчанов И.Н. О некоторых проблемах математических моделей научно-технических задач // Кибернетика. 1982. № 5. С. 33-40.

64. Некоторые вопросы теории распознавания образов в управлении. Учеб.пособие / Под ред. А.Б. Глаза. Рига: МИПКСНХ Латв. ССР, 1970.- 108 с.

65. Нечеткие множества и теория вероятностей. Последние достижения. Пер. с англ. / Под ред. P.P. Ягера. М.: Радио и связь, 1986. - С. 408: ил.

66. Основы кибернетики. Теория кибернетических систем: Учеб. пособие для втузов / Под ред. К.А.Пупкова.- М.: Высшая школа, 1976. 408 с.

67. Патрик Э. Основы теории распознавания образов. М.: Советское радио, 1980.-408 с.

68. Пирогов А.Е., Иванченко В.Н., Лябах H.H. Расчет скоростей выхода отцепов из тормозных позиций в системе КГМ-РИИЖТ. Ростов н/Д: РИИЖТ, 1986. Вып. 188. - С. 159-163.

69. Пирогов А.Е., Лябах H.H., Иванченко В.Н., Гуричев Ю.Т., Пономарев А.И. Обучающаяся программа распознавания объектов. Гос. фонд алгоритмов и программ. - Per. № 50860001269. - 1986. - 66 с.

70. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 288 с.

71. Поттгофф Г. Теория массового обслуживания / Пер. с нем:, Под ред. Е.П. Нестерова. М.: Транспорт, 1979. - 144 с.

72. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Пер. с англ. М., 1986, 312 с.

73. Савицкий А.Г., Шелухин В.И., Соколов В.Н. Микропроцессорная система горочной автоматической централизации ГАЦ МН / Автоматика, связь, информатика, 2004, № 10.

74. Савицкий А.Г., Шелухин В.И., Соколов В.Н. Управление движением составов и отцепов на автоматизированных сортировочных горках / Автоматика, связь, информатика, 2004, № 7.

75. Сай В.М. Планетарные структуры управления на железнодорожном транспорте: Монография. М.: ВИНИТИ РАН, 2003. - 336 с.

76. Сай В.М. Устойчивость узлов планетарной структуры корпоративной сети / Деп. В ВИНИТИ 04.09.02 № 1541-В2002.

77. Сай В.М. Формирование организационных структур управления. Научная монография. М.: ВИНИТИ РАН, 2002. - 437 е., ил.

78. Самойленко С.И. Эвристические методы поиска решений в задачах синтеза вычислительных сетей // Вопросы кибернетики «Проблемы искусственного интеллекта»: Сб. науч. тр.; Под ред. Г.С. Поспелова. -М.: 1980.-С. 12-37.

79. Саридис Дж. Самоорганизующиеся стохастические системы управления. Пер. с англ. / Под ред. Я. 3. Цылкина. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1980. - 400с.

80. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ. Пер. с англ. М.: Мир, 1980.-456 с.

81. Слюсарь Ю.Б. Кибернетический подход к организации управления в корпоративных системах // Канд. дисс. по спец. 05.13.10. Ростов н/Д. 2007.

82. Соколов В.Н. Методы прицельного вытормаживания отцепов Автоматика, связь, информатика, 2007, №11.

83. Соколов В.Н. Новейшие технологии автоматизации технологических процессов на сортировочных станциях Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2006. С-Пб. 2006.

84. Сопротивление движению грузовых вагонов при скатывании с горок: Тр. ВНИИЖТа / Под ред. Е.А.Сотникова. М.: Транспорт, 1975. - Вып. 545. - 104 с.

85. Тихонов А.Н., Арсенин В.Н. Методы решения некорректных задач. -М.: Наука, 1979.-286 с.

86. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. М.: Мир, 1978.-411 с.

87. Фонарев Н.М. Автоматизация процесса расформирования составов на сортировочных горках. -М.: Транспорт, 1971

88. Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический подход к сложным системам. М., 1983, 240 с.

89. Чароян О.Г. Размытые алгоритмы мыслительных процессов / Ростов н/Д, Изд-во Рост, ун-та, 1979. 160 с.

90. Шабельников А.Н. Иванченко В.Н. Некоторые проблемы обработки данных в системе управления сортировочным процессом на ж.д. станциях // Научная мысль Кавказа. № 3. 2000. С. 70-72.

91. Шабельников А.Н. Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте: Монография И Ростов н/Д: ВНИИАС МПС РФ, РГУПС, ЮРНЦ РАН, 2004. 214 с.

92. Шабельников А.Н. Новейшие технологии автоматизации работы сортировочных станций / АСИ, № 11, 2007.

93. Шабельников А.Н. Разработка методов автоматизации управления динамическими процессами на основе нечеткой информации // Канд. дис. Ростов н/Д, 2000. 154 с.

94. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Актуальные проблемы повышения безопасности роспуска составов на сортировочных горках / Сборник трудов 4-й научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». Москва. 2005.

95. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Моделирование динамической системы управления скоростью самопроизвольно движущегося объекта // СКНЦ, приложение «Научная мысль Кавказа». № 13, 2001.

96. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Ростовский филиал ВНИИАС -развитие и перспективы / Автоматика, связь, информатика, 2006, № 2.

97. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Средства автоматизации сортировочной горки ст.Бекасово Московской ж.д. // Железнодорожный транспорт. Серия: Сигнализация и связь. Экспресс-информация. Москва: ЦНИИТЭИ, 2003.- выпуск 2-3.

98. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Устройство управления прицельным торможением / Патент на полезную модель № 54348. Зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 27 июня 2006 г.

99. Шабельников А.Н., Соколов В.Н. Новые методы защиты стрелок горочной централизации от перевода под подвижным составом / Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции ТрансЖАТ-2006. С-Пб. 2006.

100. Шабельников А.Н., Соколов В.И., Одикадзе В.Р., Рогов С.А. Модуль плавного управления тормозными средствами (МПУТС) / Патент на полезную модель № 57700. Зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 27 октября 2006 г.

101. Шабельников А.Н., Шумский А.В., Соколов В.Н., Одикадзе В .Р., Бирюков И.А. Комплекс технических средств логической защиты стрелки (КТС J13C) / Патент на полезную модель № 52799. Зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 27 апреля 2006 г.

102. Штрик А.А. Электронное правительство: концепция, состояние, перспективы // Новости искусственного интеллекта, №2, 2002. С. 3444.

103. Энциклопедия кибернетики. Т. 1-2. - Киев: УСЭ, 1975. - 607 е.; 620 с.

104. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. М.: ИЛ, 1959. - 432 с.

105. Эшби У. Конструкция мозга. Происхождение адаптивного поведения. Перев. с английского. М.: Мир, 1964г. 412 с.Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. - М.: Мир, 1973. — 960 с.

106. Bowen J.P. Safety-critical systems. Elsevier, 1994.

107. Bowen J.P., Stavridou V. Safety-critical systems: formal methods and standards // IEE / BCS Software Engineering Journal, 8(4).P. 189-209, July 1993.

108. Leveson N. Safeware: System safety and computers. Addison-Wesley, 1995.

109. Storey N. Safety-critical computer systems. Addison-Wesley, 1996.