автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСТПП с распределенной структурой

005001002

Смолин Павел Александрович

Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСТПП с распределенной структурой

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

1 7 НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2011

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) на кафедре «Автоматизированные системы управления».

Ведущая организация: Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва.

Защита состоится «9» декабря 2011г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.05 при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) по адресу: 125319, ГСП А-47, Москва, Ленинградский пр., д.64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомобильно-дорожного государственного технического университет

Автореферат разослан «8» ноября 2011 г.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института

Научный руководитель

Кандидат технических наук, профессор Александриди Тамара Миновна

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Суворов Дмитрий Наумович

Кандидат технических наук Легович Юрий Сергеевич

(МАДИ).

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Михайлова Н.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

На современном этапе развития науки и техники современные крупные промышленные объекты и сооружения представляют собой сложные территориально-распределенные или линейно протяженные объекты. Автомобильная дорога является ярким примером линейно-протяженного объекта. На стадиях строительства, ремонта и модернизации возникают множественные удаленные производственные связи с предприятиями и организациями различных отраслей. Наиболее распространенным методом организации информационного обеспечения таких объектов и сооружений, а также их производственных связей является бумажный документооборот, иногда с частичным ведением электронной документации. Такая организация оказывает губительное влияние на способность системы быстро реагировать на изменения внешней среды и обратных связей внутренних элементов системы. Также бумажный документооборот не позволяет системе осуществлять оперативный обмен информацией и формировать управляющие сигналы в режиме реального времени. Низкая эффективность подобного метода организации информационного обеспечения приводит к принятию неверных решений, ошибкам в технологических процессах, повышенным расходам финансовых и материальных ресурсов, увеличению времени и трудоемкости выполнения работ.

Цель и основные задачи исследования

Целью является повышение эффективности работы предприятий дорожно-строительного комплекса за счет разработки и внедрения методов и алгоритмов эффективной организации и ведения информационного и программного обеспечения автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП) ремонта дорог. Задачи исследования:

^ Исследование современной организации процессов по диагностике состояния автомобильной дороги.

Анализ и разработка структуры автоматизированной системы технологической подготовки по производству ремонта дорог на основе данных автоматизированной паспортизации.

^ Разработка методов и структуры эффективной организации

соответствующей АСТПП. ^ Исследование и разработка алгоритмов функционирования системы.

Объект исследования

Объектом исследования является процесс организации ремонта автомобильной дороги на основе данных автоматизированной паспортизации.

Методы исследования

Теоретической основой диссертационной работы являются системный анализ, теория оптимизации, теория графов, эквивалентных преобразований и другие.

Научную новизну представляют предлагаемые автором методы эффективной организации и структура информационного обеспечения задач АСТПП при организации ремонта на автомобильных дорогах с использованием результатов автоматизированной паспортизации дорог.

На защиту выносятся:

• методы организации процессов подготовки ремонта на конкретных участках автомобильной дороги, включая рекомендации по использованию имеющихся в наличии технических производств ремонтных материалов, техники и рабочих бригад;

• математические модели и алгоритмы функционирования распределенной АСТПП;

• методика подсчета количества ресурсов, необходимых для устранения дефектов и выбора последовательности ремонта повреждений.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определяется корректным использованием современных математических методов, согласованным сравнительным анализом экспериментальных и аналитических зависимостей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок на предприятии.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Предложенные методы и алгоритмы могут быть использованы при решении задач автоматизированного планирования и организации ремонтных мероприятий по устранению дефектов дороги или проведения реконструкции.

Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения ООО «ТрансСтромСервис».

Апробация работы

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

- на 69 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ;

- на заседании кафедры «АСУ» МАДИ.

Объем работы и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав основного текста, заключения, списка использованной литературы и приложения.

Содержание работы.

Структура работы соответствует списку перечисленных задач и содержит описание разработанных методов, моделей и алгоритмов.

Во введении обосновывается актуальность работы. Ставятся цели и задачи исследований.

В первой главе диссертации рассматривается общая схема информационно-производственных связей при эксплуатации и ремонте автодорог.

Автомобильная дорога (АД) - комплекс сооружений, предназначенных для обеспечения постоянного безопасного и удобного движения автомобильного транспорта, имеющий габариты и нагрузку.

Паспорт автомобильной дороги - это документ, содержащий основные данные об автомобильной дороге (схему автомобильной дороги, общие данные о ней, экономическую и техническую характеристики, денежные затраты и основные объемы выполненных работ, линейный график), а также схему автомобильной дороги с географической привязкой к различным объектам (мосты, тоннели, водоемы и т.д.).

Паспорт автомобильной дороги отражает основные характеристики и параметры дороги. В процессе эксплуатации, ремонта и реконструкции эти характеристики и параметры могут меняться. Оценка текущего состояния дороги осуществляется с помощью паспортизации и проверки ее соответствия паспорту. Схема на рис. 1 показывает информационные связи на этапах жизненного цикла АД.

Основными инженерно-техническими мероприятиями этапа эксплуатации автомобильной дороги являются паспортизация, диагностика и ремонт.

Паспортизация оценивает наличие дорог, дорожных сооружений и их техническое состояние. Диагностика дороги заключается в определении ее текущего транспортно-эксплуатационного состояния.

Рис. 1. Этапы жизненного цикла АД. Рассмотрим существующую организацию обслуживания дороги (рис. 2).

Рис. 2. Блок-схема этапов обслуживания дороги.

Дорожные бригады или передвижные дорожные лаборатории проводят полевые измерения различных транспортно-эксплуатационных характеристик автодороги и заносят результаты измерений в соответствующие ведомости или базы данных. В вычислительном центре проводится камеральная обработка полученных результатов измерений, определяются дефекты дорожного полотна и выявляются отклонения от паспорта автомобильной дороги.

На этапе устранения отклонений составляется перечень мероприятий, направленных на приведение состояния дороги в соответствие с данными паспорта дороги. На основе выявленных отклонений проводится ремонт дороги или реконструкция. Автоматизация мероприятий данного этапа в настоящее время очень мала, так как планирование и организация ремонтных мероприятий проводится, в основном, вручную.

Инновационным подходом может стать создание автоматизированной системы технологической подготовки производства распределенного типа в составе АСУП по организации ремонта автомобильных дорог. Данная система может обеспечивать связь и управление всеми элементами, участвующими в ремонтном процессе. Под элементами могут подразумеваться как компоненты промышленного производства, так и отдельные предприятия или организации, управляемые АСУП низового уровня. Применение современных автоматизированных систем подготовки производства и управления позволит улучшить показатели качества эксплуатации автомобильных дорог.

Во второй главе рассматривается процесс автоматизированной паспортизации дороги. Автоматизированная система сбора и обработки информации о параметрах и состоянии дорог имеет целью установить фактический уровень качества дорог, сооружений и дорожного движения. Система должна обеспечивать быстрый и всесторонний сбор информации о техническом состоянии дорог и сооружений.

Дорожная лаборатория использует технологии GPS для привязки объектов к существующему километражу, в том числе и в поперечном сечении дороги с точностью до 0.1 м.

До настоящего времени производственный, складской и транспортный комплексы не были связаны в единую технологическую сеть. Данное обстоятельство не позволяло решать задачи АСТПП и планировать доставку материалов, рабочей силы и техники к месту ремонта.

Основными компонентами объекта с распределенной структурой являются (рис. 3) участки автомобильной дороги (АД), подвижные диагностические лаборатории, осуществляющие паспортизацию на участках

АД (уч. АД), ВЦ по обработке данных паспортизации АД, а также различные производственные и технологические предприятия.

Данные паспорта этой АД(1), а также результаты автоматизированной паспортизации и диагностики (4) размещаются на серверах ВЦ (рис. 4).

Рис. 3. Взаимосвязь объектов существующей системы по паспортизации автодорог и организации ремонта.

Автоматизация процессов обработки результатов паспортизации, определения отклонений позволяет создать автоматизированную систему технологической подготовки производства с распределенной структурой. АСТПП объединяет информационные потоки результатов паспортизации, обработку данных, планирование и производство ремонта и позволяет осуществлять автоматизированный обмен информацией при проведении ремонтно-восстановительных работ (рис. 4).

На основе обработанных данных и проведенных вычислений должны определяться отклонения текущего состояния АД от паспорта(2). На основании полученных отклонений от данных паспорта система должна формировать комплекс мер по приведению текущего состояния АД к состоянию, соответствующему паспорту. После чего формируется план мероприятий по ремонту и реконструкции дороги(З). В соответствии с планом, АСТПП формирует задания производству и предприятиям.

Рис. 4. Постановка задачи построения АСТПП по ремонту дорог.

На рис. 5 сформулированы задачи, которые должны решаться АСТПП при планировании ремонта на некотором участке дороги.

Обработка данных покилометровой паспортизации на участке

Определение (обработка) дефектов, подлежащих ремонту

Выбор и планирование мероприятий по ремонту Определение необходимого количества материалов, рабочей силы и техники для проведения запланированных работ Построение оптимальных маршрутов перевозки материалов, рабочих и техники к местам ремонта Планирования ремонта по запросу дорожно-эксплуатационных бригад

Рис. 5. Задачи АСТПП по планированию и подготовке ремонта.

Для решения перечисленных задач предлагается создание АСТПП, которая представляет собой сложную многоуровневую систему, включающую в себя большое количество разнородных объектов, объединенных с помощью разветвленных взаимно переплетающихся связей с

целью реализации планово-производственных задач, а также различных алгоритмов автоматического контроля, управления и регулирования.

В третьей главе рассматриваются основные задачи и математические модели, которые позволяют оптимизировать основные этапы функционирования АСТПП по ремонту дорог распределенного типа.

Одним из важных показателей качества транспортного процесса является коэффициент эффективности транспортного процесса. Он представляет собой отношение затрат, определяемых себестоимостью перевозимых грузов к фактическим затратам:

яэ=_О^ШО_

где Бп - себестоимость погрузочно-разгрузочных работ (руб/т);

Б - себестоимость транспортирования груза (руб/т); - объем перевозок (т);

III - затраты, связанные с увеличением расстояния и времени транспортирования груза (руб);

И2 - затраты, связанные с несоответствием подвижного состава роду характеру выполняемых работ (руб);

Яз - затраты, связанные с повреждением груза (руб);

1^4 - затраты, связанные с выполнением дополнительных погрузочно-разгрузочных работ (руб);

- затраты, связанные с дополнительным хранением груза (руб);

^ - затраты, связанные с инерционностью транспортного процесса

(руб);

И.7 - затраты, связанные с увеличением стоимости транспортирования груза (руб);

И8 - затраты, связанные с увеличением себестоимости погрузочно-разгрузочных работ (руб).

Для определения наиболее важных факторов и степени их влияния на коэффициент эффективности доставки груза, необходимо исследовать взаимное влияние обслуживающих механизмов на значение коэффициента эффективности транспортного процесса. Зависимость значения коэффициента эффективности транспортного процесса от изменения продолжительности простоя под погрузочно-разгрузочными операциями будет определяться уравнением:

„__

КЭ ---, (2)

ЯГС

где Сп - постоянные расходы, р/час. Я - номинальная грузоподъемность автомобиля, т;

ус - статический коэффициент использования грузоподъемности;

*Рг - проектируемое время простоя под погрузочно-разгрузочными операциями за ездку, час;

1ргГ - фактическое время простоя под погрузочно-разгрузочными операциями за ездку, час.

Рис. 6. Зависимость коэффициента эффективности транспортного процесса от времени простоя под погрузочно-разгрузочными операциями.

Анализ этой зависимости (рис. 6) свидетельствует, что с увеличением времени простоя подвижного состава в пунктах погрузки и выгрузки значение коэффициента эффективности транспортного процесса уменьшается. При небольших расстояниях перевозки, влияние времени простоя на значение коэффициента эффективности еще более существенно.

Для оптимизации процесса перевозок необходимо провести расчет количества ресурсов, которые доставляются к месту ремонта, а также осуществить перевозку по кратчайшим маршрутам.

В зависимости от района проведения работ и задач оптимизации, маршруты можно оптимизировать по расстоянию (построить маршруты с учетом минимизации пробега транспорта) или по времени (построить маршруты с наименьшим временем проезда).

Для решения данной задачи воспользуемся математическим аппаратом теории графов (рис. 7). Д] - места повреждения на дороге

М1 — места расположения дорожно-строительных материалов, техники и дислокации рабочей силы.

Множество вершин графа X = Д и М Я - ребра графа - множество путей, по которым можно осуществить перевозку. Таким образом, можно составить граф: Г — (X, Д).

мз

дорожно-строительных материалов, техники и рабочей силы.

За основу можно принять матрицу связей А между местами повреждений на автомобильной дороге (Д^ и местами расположения материалов, рабочих и дорожно-строительной техники (1уП). В зависимости от задачи оптимизации маршрута, значения матрицы А могут быть расстоянием между вершинами графа или временем проезда.

А =

all а12

alj aim

(3)

ail ai2 ... aij anl an2 ... anj anm где a,j - расстояние (время проезда) между пунктами М, и Дг

При организации перевозки различных материалов, необходимых для ремонта в соответствующие места ремонта, целесообразно использовать критерий минимизации суммарной длины расстояний от вершин Mi[l:n] до вершин Д[1:т].

Кроме того, нужно учесть, что характер повреждений дорожного полотна не везде одинаков и для ремонта различных повреждений покрытия Д) требуются не все типы материалов. Эта информация может быть представлена с помощью специальной матрицы В.

М1 Ы2 ... blj Ыт

В =

(4)

bil bi2 ... bij bim bnl bn2 ... bnj bnm Если материал Mi требуется для ремонта повреждения Д|, то bij=l, если не требуется, то bij=0.

По формуле можно вычислить суммарные расстояния при доставке всех материалов для ремонта повреждений на дороге.

l=lU^aij-hl] (5)

Очевидно, что оптимизация этой задачи будет, если L -> min (или же Т -> min). Следовательно, нужно определить минимальные маршруты доставки грузов к местам ремонта.

АСТПП планирует использование производственных предприятий, рабочих бригад и техники в районе проведения ремонтных мероприятий. Если имеющиеся в районе предприятия не могут полностью удовлетворить потребностей в материалах, производится оценка использования услуг территориально удаленных производственных предприятий.

В соответствии с задачами планирования ремонта АД построим соответствующую математическую модель:

R = {Rui;Ru2;...;Run}, (6)

где R - участок автомобильной дороги, подлежащий ремонту;

Ru;- состав дефектов i-го отрезка данного участка дороги.

Ru^MCtfPtffln,}, (7)

где flCj - множество дорожных строений, подлежащих ремонту на i-м участке,

Р; - множество дорожной разметки, подлежащей ремонту на i-м участке,

ДГТ, - множество дефектов дорожного покрытия, подлежащих ремонту на ¡-м участке дороги.

ДП,={011;012;...;01|}, (8)

где ДГТ, - множество различных дефектов дорожного покрытия, подлежащих ремонту на ¡-м отрезке данного участка.

И,] - множество дефектов покрытия, подлежащих устранению на ¡-м отрезке данного участка (¡=1 ..]кон).

Принимаем, что для устранения ]-го дефекта необходимо определенное количество материалов, рабочей силы и техники.

0„={МДП,^В,;ТЬ,} (9)

где МДП; - множество ремонтных материалов, необходимых для ремонта ]-го дефекта,

- множество рабочих, необходимых для ремонтами) дефекта, ТЦ - множество дорожной техники, необходимой для ремонта .¡-го дефекта

Таким образом, для планирования проведения ремонта или реконструкции на участке АД, необходимо вычислить потребности в ремонтных материалах, рабочей силе и технике для проведения работ.

Рассмотрим более подробно задачу планирования необходимого количества строительных материалов на примере ремонта дефектов дорожного покрытия.

Для ремонта ]-го дефекта необходимы различные ремонтные материалы:

МДП, = {МДПП; МДП)2;... ; МДП„}, (10)

где МДЦ1 - количество материалов 1-го типа (1=1 ..1кон) для ремонта]-го дефекта.

Обозначим СМЩ - стоимость материалов всех типов, необходимых для ремонта ]-го дефекта.

смц = ^"(МДП,, ■ СМ,) (11)

МДП;1 - количество материалов 1-го типа, необходимое для ремонта .¡-го дефекта

СМ| - стоимость единицы материала 1-го типа.

Смдш = ИрГОи * СМБ,) (12)

Смдга - стоимость материалов, необходимых для ремонта всех дефектов на 1-м участке.

(гМДП, = МДПЛ - общее количество материалов 1-го типа, необходимого для ремонта участка дороги.

Смдт=<ЗМДП]*СМДП| - общая стоимость материалов 1-го типа, необходимое для ремонта участка дороги.

В четвертой главе описываются алгоритмы функционирования и программно-аппаратный комплекс средств АСТПП распределенного типа.

Рассматриваемая АСТПП представляет собой сложную многоуровневую систему, которая включает в себя большое количество разнородных объектов, объединенных с помощью разветвленных взаимно переплетающихся связей с целью реализации планово-производственных задач, а также различных алгоритмов автоматического планирования, управления и доставки грузов к местам ремонта.

Различные уровни системы взаимодействуют между собой посредством технологической сети. Рассмотрим особенности и методы организации системы в рамках технологической сети.

Распределенная АСТПП в общем случае является многоуровневым промышленным производством, построенным на основе иерархической структуры и системного подхода.

Выделим в системе три уровня, которые отличаются производственными задачами.

Первый низший уровень - это различные автоматизированные производства с машинами и механизмами, с управляющими системами, датчиками, приборами, оборудованием, складами и транспортными средствами.

Второй уровень - управляющие структуры, обеспечивающие оптимальное планирование производства, доставку материалов, рабочей силы и дорожной техники к месту ремонта.

Третий уровень - это проведение автоматизированной паспортизации, обработка результатов автоматизированной паспортизации, выдача заданий на ремонт или реконструкцию, контроль выполнения заданий на ремонт или реконструкцию.

На основе предъявленных требований в диссертации предложена структурная схема распределенной АСТПП.

Как видно из рис. 8, на верхнем уровне расположены подсистемы сбора данных о состоянии автомобильных дорог (АСТПАД) и подсистема обработки данных (вычисления отклонений от паспорта). На следующем, более низком, уровне размещены аппаратные и программные средства распределенных АСТПП.

установки установки средства оборудование

Рис. 8. Организация связей в многоуровневой АСТПП распределенного типа.

Далее, еще ниже, располагаются на различных расстояниях разнообразные технологические и производственные установки, склады, транспортные подразделения, которые также оснащены соответствующими аппаратными и программными средствами.

На верхнем уровне структуры компьютеры связаны в корпоративную сеть на основе протокола Ethernet. Сети Ethernet имеют высокую пропускную способность при относительно невысокой стоимости, а также простоте монтажа. Однако у сетей Ethernet есть существенный недостаток -сеть имеет ограничение на длину сегмента, что затрудняет соединение

территориально-распределенных объектов в единую сеть на основе протокола Ethernet.

Для подключения к сети территориально-удаленных объектов, может быть использована глобальная сеть Интернет. Задача подключения к сети абонентов, которые бы через глобальную сеть Интернет, попадали бы к любому объекту многоуровневой сети может быть решена использованием технологии VPN (Virtual Private Network).

На низовых уровнях сети взаимодействие АСТПП с предприятиями и производствами осуществляется с использованием протокола SNMP.

Управление осуществляется компьютерами общего назначения со специальным программным обеспечением (рис. 9). Управляющие ЭВМ реализуют один или более процессов, взаимодействующих с агентами по сети. При такой схеме все алгоритмы и ПО управления сосредоточены на управляющих ЭВМ, чтобы агенты были как можно более простыми и потребляли как можно меньше ресурсов устройств, на которых они выполняются. SNMP описывает, какую информацию агент должен собирать, и в каком формате ее следует предоставлять. Таким образом, каждое устройство поддерживает несколько переменных с описанием своего состояния.

Рис. 9. Схема работы вптр-протокола.

На рис. 10 представлен укрупненный алгоритм работы АСТПП при организации ремонта на некотором участке дороги. Новизна создаваемой АСТПП состоит в том, что АСТПП тесно интегрирована с АСТПАД.

Обработка результатов паспортизации происходит в покилометровом режиме. Дорога разбивается на участки. Длина участков выбирается, исходя из количества и характера выявленных повреждений. После чего для текущего участка \У(Ы+1*Л) вычисляются отклонения от паспорта дороги, строится линейный график и вычисляются обобщенные показатели технико-эксплуатационного состояния (ТЭС) участка дороги.

Отклонениями являются наличие или отсутствие объектов на дороге, ухудшающих технико-эксплуатационные характеристики дороги (отсутствие разметки, знаков, повреждения обочины, дорожного полотна и т.д.).

Рис. 10. Алгоритм функционирования АСТПП.

На основе полученных значений отклонений осуществляется выбор и планирование мероприятий по ремонту. В базе данных АСТПП содержится информация о наличии рабочих, строительной и дорожной техники,

ремонтных материалах и производственных предприятиях, а также о их дислокации.

Одной из важных задач является оптимизация планов перевозок ремонтных материалов и оборудования по критериям минимизации пробега или времени в пути.

Далее производятся необходимые работы на данном участке. После проведения работ на участке, система переходит к работе над следующим участком ремонтируемой дороги.

Рис. 11. Укрупненный алгоритм процедуры "технология и организация работ по ремонту".

Рассмотрим более подробно процедуру «технология и организация работ по ремонту» в составе укрупненного алгоритма работы.

Алгоритм «технология и организация работ по ремонту» (рис. 11) планирует использование производственных предприятий, рабочих бригад и техники в районе проведения ремонтных мероприятий. Если имеющиеся в районе предприятия не могут полностью удовлетворить потребностей в материалах, производится оценка использования услуг территориально-удаленных производственных предприятий.

Особенность состоит в том, что впервые предложены алгоритмы и программы автоматизированной организации работ по ремонту на основе результатов автоматизированной паспортизации.

Рис. 12. Алгоритм расчета стоимости ремонта.

Также АСТПП производит расчет итоговой стоимости ремонта на ¡-м участке.

Общая стоимость проведения ремонта (рис. 12) складывается из стоимости материалов, зарплаты рабочим, стоимости работы дорожной и строительной техники и прочих расходов (разрешения, документация и т.д.).

На основе разработанных методов и алгоритмов создан комплекс программного обеспечения, при построении которого за основу взята идея

интернет-магазина. При этом в самом интернет-магазине реализованы алгоритмы АСТПП, а в роли клиентов выступают объекты и субъекты ремонтного процесса.

Главной научный и практический результат состоит в том/" что по результатам АСТПАД создан комплекс программ, который на основе результатов автоматизированной паспортизации обеспечивает автоматизированное планирование и организацию ремонта. До настоящего времени работы организовывались вручную.

В заключении представлены основные результаты работы. Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, которые приведены в списке публикаций. Основные выводы и результаты работы

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме разработки эффективных методов создания и функционирования АСТПП с распределенной структурой на примере задачи планирования ремонта автомобильных дорог.

• Выполнен анализ современной организации процессов по диагностике состояния автодорог.

• Разработана структура АСТПП распределенного типа по планированию ремонта дорог.

• Предложены эффективные методы организации информационного обеспечения соответствующей АСТПП.

• Разработаны математические модели решения задач АСТПП.

• Исследованы и разработаны алгоритмы функционирования системы.

• Разработана структура программно-аппаратного комплекса для решения задач АСТПП.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Смолин П.А. Модели и алгоритмы управления АСТПП с распределенной структурой / Александриди Т.М., Смолин П.А. // Вестник МАДИ вып. 2 (25). Ротапринт МАДИ. - М., 2011. - С. 58-63. (Рекомендовано ВАК)

2. Смолин П.А. Структура АСУ объекта распределенного типа. / Александриди Т.М., Смолин П.А., Матюхина Е.Н.// Промышленные АСУ и контроллеры" №7 2011 НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ. - М„ 2011. - С. 6-10. (Рекомендовано ВАК)

3. Смолин П.А. Автоматизация технологического процесса на складе / П.А. Смолин, Т.М. Александриди // сб. науч. тр. / МАДИ (ГТУ). - М., 2009г. С. 41-46

4. Смолин П.А. Автоматизация управления ремонтом дорог по результатам паспортизации / П.А. Смолин, Т.М. Александриди // сб. науч. трудов кафедры АСУ МАДИ (ГТУ). - М., 2009г. С. 31-32

5. Смолин П.А. Рабочая тетрадь для выполнения расчётных заданий по оптимизации транспортно-складского комплекса / A.M. Ивахненко, П.А. Смолин // методическое пособие / МАДИ (ГТУ). - М., 2008г.

6. Ивахненко A.M., Смолин П.А., Методические указания по моделированию работы транспортного узла // методическое пособие // МАДИ (ГТУ). - М., 2007г.

Подписано в печать: 21.10.2011г

Формат 60x84/16 Усл. Печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 0,8 Тираж 100 экз. Заказ №15 «Техполиграфцентр» Россия, 125319, г. Москва, ул. Усиевича, д.8а Тел./факс (495) 152-1771

Введение

Глава 1. Организация процессов диагностики и ремонта автодорог.

1.1. Общая структура.!.

1.2. Задачи и организация процессов диагностики состояния автомобильной дороги.

1.3. Ручные методы проведения паспортизации дорог.

1.4. Автоматизированные методы проведения паспортизации дорог.

1.5. Существующие методы определения дефектов дороги по результатам паспортизации.

Глава 2. Методы создания информационного обеспечения для задач организации АСТПП по ремонту дорог.

2.1. Анализ данных, получаемых при проведении автоматизированной паспортизации автодорог.

2.2. Обработка информации, полученной ПД/1.

2.3. Автоматизация проведения работ по планированию ремонта на основе автоматизированной паспортизации.

2.4. Задачи, решаемые АСТПП.

Глава 3. Модели и алгоритмы функционирования АСТПП.

3.1. Оптимизация процессов функционирования АСТПП при организации ремонтных работ.

3.1.1 Анализ зависимости коэффициента эффективности транспортного процесса от изменения времени простоя под погрузочно-разгрузочными операциями.

3.1.2 Математическая модель оптимизации .перевозок дорожно-строительных материалов.

3.2. Математическая модель планирования ремонта.

3.2.1 Определение количества материалов для проведения ремонтных работ.

3.2.2 Определение количества рабочих для проведения ремонтных работ.

3.2.3 Определение количества техники для проведения ремонтных работ.

3.3. Оптимизация ремонта или реконструкции дороги.

Глава 4. Комплекс программно-аппаратных средств АСТПП.

4.1. Многоуровневая структура технических средств АСТПП распределенного типа.

4.2. Структура и задачи комплексов вычислительных средств.

4.3. Организация связи в многоуровневой АСТПП распределенного типа.

4.4. Преобразование исходной информации о дефектах на дорогах для использования в АСТПП.

4.5. Структура и алгоритмы АСТПП.

4.6. Алгоритм вычисления и минимизации расстояний движения автотранспорта для перевозки.

4.7. Типовая структура аппаратных средств МП-системы.

4.8. Структура программных средств АСТПП.

На современном этапе развития науки и техники современные крупные промышленные объекты и сооружения представляют собой сложные территориально-распределенные или линейно протяженные объекты. Автомобильная дорога является ярким примером линейно-протяженного объекта. На стадиях строительства, ремонта и модернизации возникают множественные удаленные производственные связи с предприятиями и организациями различных отраслей. Наиболее распространенным методом организации информационного обеспечения таких объектов и сооружений, а также их производственных связей является бумажный документооборот, иногда с частичным ведением электронной документации[1]. Такая организация оказывает губительное влияние на способность системы быстро реагировать на изменения внешней среды и обратных связей внутренних элементов системы. Также бумажный документооборот не позволяет системе осуществлять оперативный обмен информацией и формировать управляющие сигналы в режиме реального времени. Низкая эффективность подобного метода организации информационного обеспечения приводит к принятию неверных решений, ошибкам в технологических процессах, повышенным расходам финансовых и материальных ресурсов, увеличению времени и трудоемкости выполнения работ.

Качественный уровень планирования и управления производственными работами при обслуживании и ремонте территориально протяженных, объектов определяется в первую очередь эффективностью управления технологическими процессами и производствами, концентрацией и технологической специализацией проектных и производственных организаций, организационной и технологической подготовкой промышленного производства, оперативно-диспетчерским управлением транспортирования необходимых грузов и ходом создания протяженных объектов [3].

Высокий уровень автоматизации указанных мероприятий способствует интенсификации промышленного производства, снижению затрат на предпроектные исследования, проектирование сложных объектов, их монтаж, эксплуатацию, их ремонт и восстановление, обеспечивая значительный экономический эффект. Однако еще больший эффект может быть получен в результате комплексной автоматизации управления производственными работами - при представлении процессов ремонта, планировании потребности в материалах и комплектующих изделиях, их транспортировки на объекты, планировании потребностей в рабочей силе и технике, а также организации работ непосредственно на объектах - в виде единой технологической цепи взаимосвязанных подсистем. Необходимость и эффективность информационной поддержки комплексной автоматизации управления единым технологическим процессом обеспечения ремонта, в том числе магистральных, региональных и местных автодорог и автодорожных сооружений как городского, местного, так и междугороднего назначения не вызывает сомнения [6].

Создание методов и средств автоматизации процессов технической подготовки производства, организации и управления производственными работами в виде взаимосвязанного комплекса задач проектирования ремонтируемых объектов, перспективного (стратегического) планирования потребности, отгрузки, транспортировки и использования на объектах материалов и комплектующих изделий является актуальной задачей. Технологический процесс производства ремонта автодорожных объектов является комплексным процессом, в который входит и подпроцесс планирования и обеспечения производства работ (ОПР) 4 на протяженных объектах. Особое значение этой системы обусловлено тем, что от результатов её работы зависят и качество ремонта автодороги и эффективность технологического процесса ремонта автодороги в целом, включая его ритмичность, а, следовательно, и выполнение установленных сроков (как правило, весьма сжатых).

Инновационным подходом может стать создание автоматизированной системы технической подготовки производства (АСТПП) по организации ремонта автомобильных дорог. Данная система может обеспечивать связь и управление всеми элементам, участвующими в ремонтном процессе. Под элементами могут подразумеваться как компоненты промышленного производства, так и отдельные предприятия или организации, управляемые АСУП более низкого уровня. Применение единых открытых форматов данных, сквозной программно-аппаратной совместимости и организация единой электронной технической документации, определяющей управление и регулирование технологическим процессом, с хранением всей информации в единой базе данных позволит поднять все показатели эффективности распределенного производства до современного уровня.

Цель и основные задачи исследования.

Целью является исследование методов и алгоритмов эффективной организации и ведения информационного и программного обеспечения автоматизированной системы технической подготовки процессов ремонта дорог.

Задачи исследования:

Исследование современной организации процессов по диагностике состояния автомобильной дороги.

Анализ и разработка структуры системы технической подготовки по производству ремонта дороги на основе данных автоматизированной паспортизации.

Разработка методов и структуры эффективной организации соответствующей АСТПП.

•Исследование и построение алгоритмов функционирования системы. Разработка методов и алгоритмов автоматизированного определения потребностей в строительных и дорожных материалах, рабочей силе, транспорте и технике

Организация оптимальных маршрутов доставки материалов и техники к местам ремонта и реконструкции дороги

Научная новизна состоит в том, что автором предлагается новая структура информационного обеспечения задач АСТПП при организации ремонта на автомобильных дорогах, использующая результаты автоматической паспортизации дорог.

Предложены автоматизированные методы организации процессов подготовки ремонта на конкретных участках автомобильной дороги, включая рекомендации по использованию имеющихся в наличии технических производств ремонтных материалов, техники и рабочих бригад.

Разработаны соответствующие математические модели и алгоритмы.

Выводы:

1. Исследования показали, что комплекс технических средств АСТПП должен представлять собой сложную многоуровневую систему, которая включает в себя большое количество разнородных объектов.

2. Организация взаимодействия объектов различных уровней АСТПП может быть реализована только с помощью современных ЭВМ с развитым математическим обеспечением, объединенных в локальную вычислительную сеть с несколькими уровнями,

3. Обработка результатов паспортизации происходит по участкам в покилометровом режиме. Для текущего участка \Л/(Ы+1*П) вычисляются отклонения от паспорта дороги, строится линейный график и вычисляются обобщенные показатели состояния участка дороги.

4. Разработаны алгоритмы функционирования системы, реализующие выбор и планирование мероприятий по ремонту, построение оптимизированных маршрутов перевозок ремонтных материалов и оборудования.

5. Предложена организация программного обеспечения в виде структуры интернет-магазина, в котором реализованы алгоритмы функционирования АСТПП, а объекты ремонта и поставщики являются клиентами.

Заключение

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме построения и практической реализации методов и алгоритмов технической подготовки к организации ремонта автодороги на основе данных автоматизированной паспортизации.

6. Выполнен анализ современной организации процессов по диагностике состояния автодорог.

7. Разработана структура АСТПП распределенного типа по планированию ремонта дорог.

8. Предложены эффективные методы организации информационного обеспечения соответствующей АСТПП.

9. Разработаны математические модели решения задач АСТПП.

99

10. Исследованы и разработаны алгоритмы функционирования системы.

11. Разработана структура программно-аппаратного комплекса для решения задач АСТПП.

12. Получен акт о внедрении результатов выполненных исследований от ООО «Трансстромсервис».

1. Автушко В.П. Автоматика и автоматизация производственных процессов. М.: Высшая школа, 1985.

2. Александриди Т.М. Автоматизация проектирования цифровых устройств: уч. пос. М. МАДИ, 1983.

3. Александриди Т.М. Некоторые вопросы. выбора структуры многоканального цифрового регулятора. // Автоматика и телемеханика №2.-М., 1968.

4. Александриди Т.М., Исаев Ю.Ю., Использование компьютерных технологий при- оценке состояния автомобильных дорог. // Вестник МГУПИ. Сб. науч. тр. МГУПИ М.: МГУПИ, вып. 18 2009.

5. Александриди Т.М., Исаев Ю.Ю., Методы автоматизации измерения и обработки геометрических характеристик автомобильных дорог // Вестник МАДИ (ГТУ). Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М.: МАДИ (ГТУ), вып. 7 2006.

6. Александриди Т.М., Исаев Ю.Ю., Программное и аппаратное обеспечение паспортизации автомобильных дорог дорог // Перспективные технологии управления в автотранспортных системах. Сб. науч. тр. ФУ. М.: МАДИ (ГТУ), 2009.

7. Александриди Т.М., Матюхин Н.Б., Алгоритмы диагностики в процессе пусконаладочных работ в корпоративных сетях. Инновационные технологии в.науке, технике и-образовании. // Сборник трудов международной научно-технической конференции. М.: МГУПИ, 2007.

8. Александриди Т.М., Матюхин Н.Б., Математическая модель поиска неисправностей в вычислительных системах. // Вестник МАДИ (ГТУ), №1 2008.

9. Александриди Т.М., Матюхин Н.Б., Реализация физических линий связи в локальных вычислительных сетях. // Интегрированные технологии автоматизированного управления. Сборник научных трудов. М.; МАДИ (ГТУ), 2005.

10. Ю.Богомолов A.M., Твердохлебов В.А. Диагностика сложных систем. Киев: Наукова думка, 1974.

11. И.Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука,1978.

12. Бутрименко A.B. Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1981.

13. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высшая школа,1999.

14. Вихров Н.М., Гаскаров Д.В., Грищенков A.A., Шнуренко A.A. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов // Под ред. Д.В. Гаскарова. СПб.: Энергоатомиздат, 1995.

15. Воробьев В.А., Васьковский A.M. Автоматизация технологических процессов землеройных машин и связанной с ними строительной техники.// Изв. вузов. Строительство. 1993. №2, с. 60-67.

16. Воробьев В.А., Надиров А.Г. Оптимизация процесса дробления каменных строительных материалов на основе математической модели.// Изв. вузов. Строительство. 2001. №6, с. 4851.

17. Гнеденко Б.В., Коваленко.И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. -М: Наука, 1966.

18. Дроздов Е.А., Пятибратов А. П. Основы построения и функционирования вычислительных систем. М.: Энергия, 1973.

19. Ивахненко A.M., Смолин П.А., Методические указания по моделированию работы транспортного узла // методическое пособие. МАДИ (ГТУ). -М., 2007г.

20. Исаев Ю.Ю., Оценка состояния автомобильных дорог с использованием GPS- технологий. // Теория и практика автоматизированного управления. Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М.: МАДИ (ГТУ), №1/41 2009.

21. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.: Энергоатомиздат, 1987.

22. Каган Б.М., Сташин В.М. Микропроцессоры в цифровых системах. М.: Энергия, 1979.

23. Каравай М.Д. Построение полных диагностических тестов для кратных неисправностей комбинационных устройств произвольного базиса. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1973.

24. Кейн В.М. Оптимизация систем управления по минимаксному критерию. М.: Наука, 1985.

25. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. М.: Форум - Инфра-М, 2002.

26. Круг Е.К., Александриди Т.М., Дилигенский С.И. Цифровые регуляторы. М.: Госэнергоиздат, 1965.

27. Круг П.Г. Сигнальные процессоры и нейрокомпьютеры. М.: Издательство МЭИ, 2002г-256 с.

28. Мамиконов А. Г. Теоретические основы автоматизированного управления. М.: Высшая школа, 1994.

29. Маркушевич Н.С. Автоматизированная система диспетчерского управления. М.: Энергоатомиздат, 1986.103

30. Марсов В.И., Слуцкий В.А. Автоматическое управление технологическими процессами на предприятиях строительной индустрии. П.: Стройиздат, 1975.

31. Матюхин Н.Б. Выбор и обоснование методов диагностики состояния ЛВС. Сборник научных трудов. М.: МАДИ (ГТУ), 2008.

32. Матюхин Н.Б. Структура и функции серверов в локальных вычислительных сетях. Автоматизация управления предприятиями промышленности и транспортного комплекса. // Сборник научных трудов. М.: МАДИ (ГТУ), 2006.

33. Матюхин Н.Я. Применение вычислительных машин для проектирования цифровых устройств. М.: Советское радио, 1968.

34. Надиров А.Г. Автоматизация технологических процессов дробильно-сортировочного производства с управлением по крупностипродукта дробления. М: Техполиграфцентр, 2002.\

35. Надиров А.Г. Моделирование одномерного оптимального управления для щековой дробилки. // Сб. научных трудов. Автоматизированные системы автотранспортного и строительного комплексов. М.: МАДИ, 2002, с.

36. Надиров А.Г. Одномерное оптимальное управление крупностью продукта дробления. // Сб. научных трудов. Автоматизированные системы автотранспортного и строительного комплексов. М.: МАДИ, 2002, с.

37. Надиров А.Г. Оценка эффективности автоматизации дробильно-сортировочного производства. // Сб. научных трудов. Комплексные системы автоматизированного управления автотранспортным комплексом. М.: МАДИ, 1998, с. 100-104.

38. Оре О. Теория графов: пер. с англ. И.Н. Врублевской: под ред. H.H. Воробьева. М.: Наука, 1980.

39. Остроух, A.B. Автоматизация формирования графиков производства строительных работ // A.B. Остроух, A.B. Будихин,104

40. J1. Снеткова; Д.С. Тарасенко // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. М.: «Научтехлитиздат», №6, 2007, - С; 12-16.

41. Остроух, A.B. Система повышения эффективности автоматического управления землеройно-транспортными машинами /О.И. Максимычев, A.B. Остроух // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. М.: «Научтехлитиздат», №5, 2005, - С. 63-66.

42. Остроух, . А.В. Автоматизация управления сокращением затрат труда в . строительстве // Вестник Российского нового университета; ' Выпуск 4. ; Серия ; естествознание, математика; информатика. -М;, 2004; С. 1:17-120. :

43. A.B. Остроух, Д.В. Сидельковский, Н.Е. Суркова; О проблемах комплексной автоматизации; промышленных предприятий // Цивилизация знаний: будущее и современность: материалы всероссийской научной конференции 19-20 мая 2005 г: М., 2005, С. 175-176.

44. A.B. Остроух, Д.В. Строганов, Организация поставок технических средств на предприятиях дорожного строительства Теория и практика информационных технологий // Сб. науч. тр. МАДИ(ГТУ). М : 000:«Техполиграфцентр», 2006, С. 100-107.

45. Потапова Т.Б: Информационно-управляющие системы. Эволюция. Проблемы. Решения. // Промышленные АСУ и контроллеры. М.: Мир компьютерной автоматизации №7, 2002.

46. Ройтёнберг Я.Н. Автоматическое управление; М.: Наука,1992.

47. П.А. Смолин, T.M. Апександриди, Автоматизация технологического процесса на складе // сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ). М., 2009г. С. 41-46

48. П.А. Смолин, Т.М. Апександриди, Автоматизация управления ремонтом дорог по результатам паспортизации // сб. науч. трудов кафедры АСУ МАДИ (ГТУ). М., 2009г. С. 31-32

49. Александриди Т.М., Смолин П.А., Модели и алгоритмы управления АСТПП с распределенной структурой // Вестник МАДИ вып. 2 (25). Ротапринт МАДИ. М., 2011. - С. 58-63. (Рекомендовано ВАК)

50. А.М. Ивахненко, П.А. Смолин, Рабочая тетрадь для выполнения расчётных заданий по оптимизации транспортно-складского комплекса // методическое пособие, МАДИ (ГТУ). М., 2008г.,

51. Александриди Т.М., Смолин П.А., Матюхина E.H., Структура АСУ объекта распределенного типа. // Промышленные АСУ и контроллеры" №7 2011 НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ. М., 2011. - С. 6-10. (Рекомендовано ВАК)

52. Таненбаум Э. «Компьютерные сети. 4-е изд.»,- СПб.: Питер,2005.

53. Хетагуров Я.А., Древе Ю.Г. Проектирование информационно-вычислительных комплексов. М.: Высшая школа, 1987.

54. Шаракшанэ A.C., Халецкий А.К., Морозов И.А. Оценка характеристик сложных автоматизированных систем. М.: Машиностроение, 1993.

55. Шиханович Ю.А. Введение в современную математику, М. «Наука», 1965.

56. Якубайтис Э.А. Архитектура вычислительных сетей. М.: Статистика, 1980.