автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Математическое и информационное обеспечение процесса автоматизированного управления перегрузочным процессом порта

Введение. 4.

Глава 1. Анализ процессов автоматизирования управления контейнерными терминалами.

1.1. Контейнерный терминал(КТ) как объект управления. 8.

1.2. Ввоз, вывоз контейнеров. 12.

1.3. Виды контейнеров. 23.

1.4. Информация о контейнере. 34.

1.5. Хранение контейнеров на терминале. 40.

1.6. Информационные технологии для КТ. 41.

1.7. Выбор решения. 42.

1.8. Архитектура решения для КТ. 43.

1.9. Особенность управления портом как сложной системой. 47.

Глава 2. Разработка математической модели функционирования КТ.

2.1. Описание адресации и переадресации контейнеров на территории терминала. 50.

2.2. Математическая модель контейнерного терминала. 53.

2.3. Граф-модель контейнерного терминала. 59.

2.4. Определение основных параметров контейнерных площадок. 74.

Глава 3. Моделирование процесса оптимизации ввоза-вывоза контейнеров.

3.1. Математические модели оперативного управления ввозом-вывозом контейнеров. 79.

3.2. Алгоритмы условной оптимизации. 8 9.

3.2.1. Алгоритм определения минимально необходимого количества единиц автотранспорта. 91.

3.2.2. Алгоритм минимизации суммарных расходов при заданном парке автотранспортных средств. 92.

3.2.3. Особенности параметрической формализации моделей и правила перехода.

3.3. Алгоритмы размещения партии контейнеров на складской площадке на основе случайного поиска. 97.

3.3.1. Алгоритмы формирования и заполнения стековой структуры. 98.

3.3.2. Алгоритмы выбора отношения частичного порядка на множестве контейнеров. 101.

3.3.3. Алгоритм поиска квазиоптимального размещения партии контейнеров складской площадке. 103.

3.4. Стохастическая модель оптимизации страхового запаса контейнеров.

3.5. Имитационное моделирование процесса оптимизации страхового запаса контейнеров. 110.

3.6. Модели оперативного планирования. 114.

3.7. Модели оптимизации перевозок. 116.

3.8. Имитационные модели управления. 120.

Глава 4. Моделирование процесса управления КТ.

4.1. Постановка задачи моделирования. 124.

4.2. Программа моделирования обслуживания контейнеров

4.3. Результаты моделирования и основные выводы. 135. Заключение. 142. Список литературы. 143.

В течение последних десяти лет резкий рост ввозимых и хранимых на территории России контейнеров способствовал так же резкому росту контейнерных терминалов, и увеличению размеров уже имеющихся. В связи с чем, на первое место выступает повышение эффективности работы, что необходимо для совершенствования организации управления транспортным процессом. В процессе выработки решений об управлении транспортным процессом неизбежно решается ряд обязательных задач, в частности: выбор и создание базы данных; разработка комплекса математических моделей и технологии моделирования, выбор технических средств для получения, переработки, передачи и представления информации, решения вопросов защиты информации от несанкционированного доступа.

Несмотря на значительный объем исследований, посвященных задачам автоматизированного управления, многие вопросы, связанные с проектированием, эксплуатацией и модернизацией автоматизированной системы управления группировки, упорядочивания размещения контейнеров, пока полностью не решены.

Системы автоматизированного управления контейнерными терминалами позволяют: уменьшить время обработки судов, железнодорожных составов, автотранспорта и время пребывания контейнеров на терминалах; уменьшить число перестановок контейнеров во время хранения; исключить случаи хищения и «потерь» контейнеров; увеличение скорости перетарки грузов; снизить коммерческий брак при оформлении документов; обеспечить предоставление информации по наличию и движению контейнеров другим подразделениям порта и сторонним пользователям.

Существует несколько категорий систем автоматизации управления предприятием. В литературе выделяют системы автоматизации управления технологическими процессами, информационные и контролирующие системы, системы комплексной автоматизации. В данной работе основное внимание уделено, так называемым системам поддержки принятия управленческих решений, как наиболее динамично развивающемуся в настоящее время классу задач. Подобного рода системы строятся на основе моделей производственных отношений и направлены на повышение уровня управляемости производственных систем.

Цель работы и задачи исследования. В диссертации можно выделить несколько задач, решение которых обеспечит создание эффективной автоматизированной системы управления контейнерными терминалами.

В первую очередь требуется определить и описать область автоматизации. Современные принципы управления требуют применения системного анализа на всех этапах построения автоматизированной системы, от момента возникновения проблемы, до программной реализации. Для этого, во-первых, необходимо описать производственную систему с позиций системного подхода, выделить основные составляющие элементы, определить связи и зависимости между подсистемами. Во-вторых, требуется сформулировать доступные для моделирования процессы, функциональная автоматизация которых может помочь в управлении контейнерными терминалами. Кроме того, необходимо подвести теоретическую базу, на основе которой можно оценить качество моделей управления и результаты их функционирования.

Другим немаловажным вопросом в разработке автоматизированной системы является вопрос организации хранения и передачи данных. В настоящее время большинство автоматизированных комплексов используют программы, основанные на технологии "клиент-сервер", которая не лишена недостатков. Большие автоматизированные комплексы уже используют другие современные способы организации хранилищ данных, многоуровневые объектно-ориентированные базы данных и т. п. Проблема в данном случае заключается в стандартизации методов доступа и возможности переносимости программного обеспечения для работы с различными системами хранения информации. Так, практически стандартом стал язык доступа к данным SQL (структурный язык запросов), появилось универсальное средство к базам данных - ODBC и т. п.

Цели и задачи исследований данной диссертации состоят в:

- исследовании закономерностей, лежащих в основе управления крупными транспортными предприятиями;

- исследовании процессов управления перемещением контейнеров на территории терминала;

- разработке алгоритмов оптимизации размещения контейнеров по критериям времени обработки, стоимости, затраченных усилий и т.д.;

- разработке моделей группировки контейнеров в большом и малом;

- разработке математической модели оперативного управления ввоза-вывоза контейнеров;

- разработке алгоритма условной оптимизации перемещения контейнеров на территории хранения контейнеров;

- разработке алгоритма определения оптимального количества контейнерных перегружателей;

- создании комплексов программ для планирования работы транспортных предприятий и для имитационного моделирования процессов грузоперевозки в порту;

- разработке основ управления, планирования документооборота и технологии ввоза/вывоза контейнеров в морской порт,

- получении критериальных оценок, технологий рационального перемещения грузов и форм документооборота, направленных на повышение эффективности работы морского порта, как крупного транспортного узла.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем: разработан комплекс математических моделей, описывающий основные направления управления контейнерным терминалом; разработаны способы хранения, обработки и предоставления информации из системы управления базами данных, а так же способы защиты данных; разработан алгоритм расчета площади контейнерной площадки с учетом особенностей присущих месту складирования контейнеров; реализованы способы визуализации территории терминала, а так же механизмы быстрого поиски контейнеров; получены имитационные модели процесса перемещения контейнеров, как от причала, состава, так и с автотранспорта по территории терминала.

Практическая ценность работы состоит в создании программной реализации для решения задач автоматизированной системы планирования перевозок и хранения контейнеров, в разработке документооборота.

Реализация и внедрение результатов. Основные результаты работы внедрены на ОАО "Канонерском судоремонтном заводе".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на отраслевых семинарах в СПГУВК, НПФ «Меридиан», на секции по наукоемким технологиям Дома ученных им. М. Горького.

Публикации. Основные положения, выводы и практические результаты диссертации изложены в 5 статьях и 2 тезисах докладов на научных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы. Работа содержит 148 страниц печатного текста, 29 рисунков и таблиц.

Результаты исследования могут быть внедрены как уже на имеющиеся контейнерные терминалы, так и помочь при проектировании новых терминалов, как на территории строящихся портов, так и вне них.

Заключение.

На основе проведенных теоретических исследований, а так же построения математической модели работы контейнерного терминала, анализа экспериментальных данных, оценки существующих технологий транспортных перевозок и имеющихся на рынке программных продуктов, направленных на автоматизацию работы терминала получены следующие научные результаты:

В ходе анализа уже имеющихся на территории Санкт-Петербурга и его окрестностей контейнерных терминалов, как на территории порта, так и небольших компаний была произведена структуризация взаимодействия всех подразделений, участвующих в технологическом процессе от грузоотправителя до грузополучателя и обоснована необходимость функционального и информационного описания для решения задач управления;

Создан комплекс математических моделей основных направлений управления производственной деятельностью контейнерного терминала, который позволяет говорить о возможности эффективного решения задач управления, оперативного планирования, оптимизации перевозок и хранения контейнеров, имитационного моделирования;

Рассмотрена методика имитационного моделирования процесса перемещения контейнеров по территории терминала между причалом или железнодорожным полотном и транспортными средствами, которые выполняют функцию последнего звена, доставляющего контейнеры грузополучателю. Это позволяет обосновать количественный выбор автомобильных контейнерных перегружателей с учетом их средней занятости по времени.

1. Акофф P. Л. О природе систем - Изд. АН СССР. Техническая кибернетика - 1971

2. Альянах И. Н. Имитационное моделирование вычислительных систем - Л, ЛИМТУ, 1983

3. Альянах И. Н. Моделирование вычислительных систем - Л, Машиностроение, 1988

4. Анисимов-Спиридонов Д. Д. Методы и модели больших систем оптимального планирования и управления - М, Наука, 1969

5. Артынов А. П., Скалецкий В. В. Автоматизация процессов планирования и управления транспортными системами - М, Наука, 1981

6. Атлас Б. А., Бутов А. С., Волков Н. И., Голоскоков П. Г., Ступин О. К. -Экономическая кибернетика на водном транспорте Учебник для институтов водного транспорта - М, Транспорт, 1978

7. Бабурин В. А., Бабурин Н. В., Енгалычевская Г. Е. Алгоритм автоматизированного формирования линий движения при текущем планировании работы флота - СПб, СПГУВК, 1994

8. Бабурин В. А., Бабурин Н. В., Енгалычевская Г. Е. Алгоритм идентификации судовых потоков в задаче текущего управления флотом - СПб, СПГУВК, 1996

9. Бабурин Н. В., Юсим Л. Н. Цели и структура автоматизации систем управления контейнерным терминалом - СПб, СПГУВК, 2000

10. Ю.Беллман Р., Калаба Р. Динамическое программирование и современная теория управления - Пер. с англ. М, Наука, 196911 .Бигель Д. Управление производством - Пер. с англ. Дубицкого Л. Г. под ред. Алтаева В. Я. и Вавилова Б. Т. - М, Мир, 1973

11. Болтянский В. Г. Математические методы оптимального управления - М, Наука, 1966

12. Бреслав Л. Б. Экономические модели в судостроительном производстве -Л, Судостроение, 1984

13. Бурков В. А., Ириков В. А. Модели и методы управления организационными системами - М, Наука, 1994

14. Бурков В. Н., Бурков В. В. Механизмы функционирования организационных систем - М, Наука, 1981

15. Бурков В. Н., Данев Б., Нанева Т. Б. и др. Большие системы: моделирование организационных механизмов - М, Наука, 1989

16. Бурков В. Н., Кондратьев В. В. Механизмы функционирования организационных систем - М, Наука, 1981

17. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем - М, Наука, 1968

18. Бусленко Н. П., Аверин А. Н. — О формальном описании связей между элементами сложной системы Кибернетика, 1972, № 6

19. Бутов А. С. Имитационное моделирование. Конспект лекций. - СПГУВК, 1996

20. Венделин А. Г. Подготовка и принятие управленческого решения. Методологический аспект - М, Экономика, 1977

21. Вихров Н. М., Гаскаров Д. В., Грищенков А. А., Шнуренко А. А. -Управление и оптимизация производственно-технологических процессов -СПб, Энергоавтоматиздат, 1995

22. Волькович В. Д., Войналович В. М. Человеко-машинные процедуры поиска и решения в задачах многокритериальной оптимизации - Управляющие системы и машины, 1979, № 5

23. Гермейер Ю. Б. Введение в теорию исследований операций - М, Наука, 1971

24. Глушков В. М. Введение в кибернетику - Киев, изд. АН СССР, 1964

25. Голованов О. В. и др. Моделирование сложных дискретных систем на ЭВМ третьего поколения: (опыт применения GPSS) - Голованов О. В., Дуванов С. Г., Смирнов В. Н. - М, Энергия, 1978

26. Грувер М., Зиммерс Э. Управление запасами и планирование материальных потребностей - в кн. САПР и автоматизация производства - М, 1987

27. Гурин Jl. С. и др. Задачи и методы оптимального распределения ресурсов - М, Сов. радио, 1968

28. Данциг Дж. Линейное программирование, его применение и обобщение -М, Прогресс, 1966

29. Джейсуол Н. Д. Очереди с приоритетами - М, Мир, 1973

30. Джонсон Р. Т., Каст Ф., Розенцвейг Д. Системы и руководство (теория систем и руководство системами) - Пер. с англ. под ред. Гаврилова Ю. В. и Печатникова Ю. Т. - М, Советское радио, 1971

31. Диксон Дж.- Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений Пер. с англ. Коваленко Е. Г. - М, Мир, 1969

32. Директор С., Рорер Р. Введение в теорию систем - Пер. с англ. Бусленко В. Н., Осетинский Н. И. - М, Мир, 1974

33. Додонов А. Г., Клещев Н. Т., Клименко В. Г. Анализ отраслевых вычислительных сетей - Л, Судостроение, 1990

34. Домарев В. В. Защита информации и безопасность компьютерных систем -Диа-Софт, 1999

35. Дудорин В. И. Моделирование в задачах управления производством - М, Статистика, 1980

36. Жимерин Д. Г., Мясников В. А. автоматизированные и автоматические системы управления - М, Энергия, 1979

37. Заде Л. А. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений - М, Знание, 1971

38. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями - Пер. с англ. - М, Мир, 1979

39. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания - Пер. с англ. - М, Машиностроение, 1979

40. Клиланд Д., Кинг В. Системный анализ и целевое управление - Пер. с англ. Горяйнова М. М. И Горбунова А. М. под редакцией Верещагина И. М. -М, Советское радио, 1974

41. Комягин В. Б., Коцюбинский А. О. Excel 7 в примерах: практическое пособие - М, Нолидж, 1996

42. Королева Е. А. Логистика. Конспект лекций. - СПГУВК, 1996

43. Коршуном Ю. М. Математические основы кибернетики - М, Энергомаш-издат, 1987

44. Кофман А., Дебазей Г. Сетевые методы планирования - Пер. с франц. - М, Прогресс, 1968

45. Кравченко Т. К. Процесс принятия плановых решений - М, Экономика, 1974

46. Кузин Л. Т. Основы кибернетики - М, Энергия, 1979

47. Кулибанов Ю. М. Проектирование автоматических систем управления объектами водного транспорта - Л, ЛИВТ, 1985

48. Курицкий Б. Поиск оптимальных решений средствами Excel 7.0 в примерах - СПб, BHV, 1997

49. Ланге О. Оптимальные решения - М, Прогресс, 1967

50. Ланкастер К. Математическая экономика - М, Советское радио, 1972

51. Ларичев О. И., Поляков О. А. Человеко-машинные процедуры принятия решения многокритериальных задач математического программирования -Экономика и математические методы т. XVI, вып. 1, 1980

52. Лескин А. А. Алгебраические модели гибких производственных систем -Л, Наука, 1986

53. Лотоцкий В. А., Мандель А. С. Модели и методы управления запасами -М, 1991

54. Лэсдон Л. С. Оптимизация больших систем - М, Гл. Редакция физико-математической литературы, 1975

55. Математические методы в планировании отраслей и предприятий Под ред. Попова И. Г. - М, Экономика, 1971

56. МесаровичМ., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем - М, Мир, 197361 .Моррис У. Наука об управлении - М, Мир, 1971

57. Новиков О. А., Нос В. А., Рейфе М. Е., Уваров С. А. Логистика - СПб, СЗПИ, 1996

58. Новое в теории и практике управления производством в США Пер. с англ. Общая редакция Мильнера Б. 3. - М, Прогресс, 1971

59. Пилищенко А. Н. Управление запасами. Методические указания к практическому занятию - М, 1994

60. Полуэктов Р. А., Романцев В. В., Козлов О. С. Моделирование систем и автоматизация машинного эксперимента - Л, ЛЭТИ, 1982

61. Полянский В. М. Теория оптимизационного управления экономическими системами - СПГУВК, 1996

62. Потопова 3. Е., Дадабаев К. А., Котикова М. О. Управление материальными запасами - Ташкент, 1991

63. Промышленная логистика. Конспект лекций Адаптированный перевод Проскуряков А. В., Моисеева Н. К., Савруков Н. Т., Пилищенко А. Н. - Санкт-Петербург, 1994

64. Румшинский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента -М, Наука, 1971

65. Рыжиков Ю. И. Управление запасами - М, 1969

66. Сеа Ж. Оптимизация. Теория и алгоритм - Пер. с франц. - М, Мир, 1973

67. Системы управления базами данных и знаний Справ, изд. - Наумов А. Н., Вендров А. М., Иванов В. К. и др. под ред. Наумова А. Н. - М, Финансы и статистика, 1991

68. Ступин О. К. Системы массового обслуживания. Текст лекций - СПб, СПГУВК, 1993

69. Таха X. Введение в исследование операций. В 2-х книгах - Пер. с англ.1. М, Мир, 1985

70. Теория прогнозирования и принятия решений Под. ред. Саркисяна С. А. -М, Высшая школа, 1977

71. Честнат Г. Техника больших систем (средства системотехники) - Пер. с англ. Васильева И. Н., Дубровского Е. Н., Манделя А. С., Невраева В. Ю. под редакцией Авена О. И. - М, Энергия, 1969

72. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем - искусство и наука -Пер. с англ. - М, Мир, 1978