автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Оптимизация штурманских расчетов в автоматизированной системе управления авиапредприятием

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВИАПРЕДПРИЯТИЕМ.

1.1. Анализ результатов исследования авиакомпании как объекта управления.

1.2. Анализ информационных потоков и организационных объектов авиакомпании, подлежащих автоматизации.

1.3. Описание параметров управления авиакомпанией.

1.4. Сравнение существующих систем.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ШТУРМАНСКИХ РАСЧЕТОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ АВИАПРЕДПРИЯТИЕМ

2.1. Автоматизация предварительных штурманских расчетов

2.2. Модели и алгоритмы оптимизации прокладки воздушных трасс.

2.3. Формулировка модельной задачи и стратегия ее решения

2.4. Анализ зависимости рассчитанных значений на экономические показатели авиакомпании.

Актуальность темы. В России существует множество авиапредприятий, каждое из которых характеризуется наличием собственного самолетного парка, традиционными маршрутам, своими интересами в том или ином регионе, своими задачами и целями. В настоящее время, авиапредприятия объединяют под одним юридическим лицом разнородные по функциональным признакам структуры: авиационно-техническую базу (АТБ), авиакомпанию, аэропорт, агентство воздушных сообщений и т.д. В силу специфики деятельности предприятий гражданской авиации, указанные подразделения территориально рассредоточены, но тесно связаны между собой информационными потоками, играющими жизненно важную роль в экономической деятельности.

Переход к рыночным отношениям поставил авиапредприятия перед необходимостью эффективного управления собственной деятельностью, учета и управления своими доходами.

После кризиса августа 1998 года, авиаперевозки в стране резко сокращаются (с 1990 году пассажирские перевозки - на 60 %, грузовые - на 40 %), самолетный парк стареет - все это приводит к необходимости снижения затрат предприятия. Одними из таких факторов являются снижение расходов на хранение, обработку и получение информации о деятельности авиапредприятия, а также сокращение стоимости каждого рейса.

Первая проблема может решаться за счет создания автоматизированной информационной системы управления авиапредприятием, работающей в реальном масштабе времени. Ее назначением является обеспечение автоматизации процессов сбора, обработки, хранения и использования информации в реальном масштабе времени на всех уровнях управления предприятием различными категориями пользователей.

Вторая проблема может быть решена созданием специального комплекса, основным назначением которого являлось бы построение и выбор оптимальной трассы перелета воздушного судна из одного пункта в другой с целью сокращения затрат и увеличения безопасности полета. 5

В связи с появлением чартерных рейсов, возникает потребность в более тщательном построении воздушной трассы, тем более, что использование современных средств анализа и многомерного статистического анализа позволяет учитывать влияние многих факторов на выбор маршрута воздушного судна.

При построении оптимальной трассы, необходимо также осуществить оценку влияния того или иного критерия на эффективность полученных результатов.

Таким образом, актуальность диссертационной работы определяется необходимостью разработки математического аппарата, алгоритмических процедур и программного обеспечения оптимизации трасс воздушных судов с целью увеличения эффективности работы авиапредприятий за счет снижения расходов на выполнение рейса, и создания структуры единой автоматизированной информационной системы управления авиапредприятием.

Работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной научно-технической программой 12.11 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и в рамках одного из основных направлений ВГТУ «САПР и системы автоматизации производства».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка моделей и алгоритмов управления деятельностью авиакомпании на основе оптимизации штурманских расчетов и методики создания автоматизированной системы управления авиапредприятием.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи: изучение организационной структуры авиакомпании «ВоронежАвиа», с целью выявления количества ее уровней и уточнения функциональности основных подразделений в этой структуре, для получения модели бизнес-процессов; выявление основных экономических показателей, оказывающих воздействие на экономическую деятельность авиакомпании; проведение формализации штурманских расчетов, результаты которых влияют на управление экономической деятельностью авиакомпании; 6 разработка математической модели для нахождения оптимальной трассы воздушного судна из допустимого множества построенных сетевых трасс; для подсчета расходуемого топлива при прохождении трассы и для окончательного выбора оптимального маршрута; разработка математической модели выбора воздушного судна (ВС) и экипажа для выполнения рейса; формирование методики проектирования и разработки информационной системы с использованием стандартных CASE-инструментов фирмы ORACLE; разработка и реализация структуры базы данных для информационной системы управления авиакомпанией; разработка и программная реализация алгоритмов автоматизации штурманских расчетов, алгоритмов построения оптимальной воздушной трассы и алгоритмов назначения ВС и экипажей на рейс.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы компонентного проектирования предметных баз данных, техника ER-моделирования, Oracle CDM - методика проектирования информационных систем, методы системного анализа и декомпозиции, методы построения наикратчайшей сети, метод замкнутых процедур у опорных ситуаций.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: технология разработки информационной системы управления авиапредприятием на основе метода CDM, отличающаяся возможностью объединить фазы разработки и позволяющая сэкономить время на системный анализ деятельности предприятия и анализ его производственной деятельности; математическая модель для построения оптимальной трассы движения воздушного судна из допустимого множества, отличающаяся декомпозицией задачи на ряд подзадач и сопоставлением воздушного маршрута с сетевой моделью и позволяющая использовать блочный подход к решению задачи и применять сетевые методы для выбора наиболее оптимального маршрута; 7 итеративная процедура оптимального построения пути на основе алгоритма Дейкстры, отличающаяся разбиением воздушного пространства на зоны, что позволяет уменьшить размерность, и подходом к расчету стоимости дуг, что позволяет повысить достоверность конечных результатов; алгоритмы экспертного анализа выбора ВС и экипажа на основе метода замкнутых процедур у опорных ситуаций и специфика построения единой порядковой шкалы (ЕПШ), отличающиеся разбиением упорядоченных оценок на группы с двумя элементами и позволяющие свести к минимуму время при выборе наилучшей альтернативы и минимизировать ошибки ЛПР при построении ЕПШ.

Практическая ценность работы заключается в следующем: построены схема организационных уровней, функциональная схема, схема информационных потоков и модель бизнес-процессов, достаточно полно описывающие экономическую деятельность авиакомпании; формализованы экономические показатели, показатели штурманских расчетов, оказывающих воздействие на экономическую деятельность авиакомпании, а также построена взаимосвязь между ними; разработана единая информационная модель с возможностями расширения, позволяющая минимизировать время между началом разработки комплекса, внедрения реализованной части и использования ее в промышленной эксплуатации; разработана и внедрена подсистема «Штурманская» (в составе информационной системы), отличающаяся точным расчетом показателей штурманского бортового журнала с учетом метеоинформации и позволяющая повысить эффективность построения воздушной трассы за счет снижения себестоимости рейса; предложена методика создания корпоративных информационных систем для предприятий данной отрасли с выявленной организационной иерархией и набором функциональных задач, распределенных по организационным уровням, а также программные комплексы для проектирования, разработки и эксплуатации информационной системы; 8 разработана техническая архитектура ИС с учетом сформулированных требований и модель бизнес-процессов, которая в дальнейшем преобразуется в функциональную модель.

Реализация результатов работы. В результате разработанных требований к информационной модели, а также предложенной методике ее создания, была спроектирована, частично реализована и внедрена в авиакомпании «Воронежавиа» автоматизированная информационная система управления предприятием «АСА». Подсистема «Штурманская» введена в промышленную эксплуатацию на ВАСО.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях:

IV Международной студенческой школы-семинара (г.Судак, 1996 г.); всероссийского совещания-семинара (г. Воронеж: ВГТУ, 26-29 июня

1996 г.); межвузовской научно-технической конференции (г. Москва, 1997 г.); всероссийского совещания-семинара «Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине» (г.Воронеж,

1997 г.);

IV Международной электронной научной конференции «Современные проблемы информатизации» (г. Воронеж, 1999 г.).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 15 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами и заключениями на 141 е., списка литературы (65 наименований) на 7 е., приложений на 17 е., содержит 27 рисунков, 10 таблиц.

4.5. Выводы

1. В результате сформулированных требований к ИС была разработана система ролей, позволяющая максимально эффективно управлять и контролировать доступ к данным пользователям ИС. Этот эффект достигается за счет группировки объектных привилегий, требуемых для решения отдельной функции (форма или отчет). Манипулирование таким набором позволяет ограничить или разрешить пользователю выполнение конкретной реализованной функции, и создавать именованные группы, что уменьшает трудоемкость процесса администрирования.

2. Была разработана подсистема «Штурманская». Основными результатами разработки являются: информационная модель данной подсистемы (необходимо заметить, что в связи с единым информационным пространством, выделение данной модели условно, она просто является частью общей модели);

140 реализованная серверная часть в СУБД Oracle 7.3.3 Enterprise Server for HP/UX 10.0; блок организации диалога с пользователем (клиентская часть); блок графического отображения информации на экране и обработки действий пользователя (клиентская часть); блок ввода и корректировки справочной информации; алгоритмы построения оптимальной трассы рейса и оптимального маршрута (хранимые процедуры на PL/SQL); блок формирования бортового журнала и требуемой отчетности.

3. Качественный выбор трассы и маршрута полета, опытного и подготовленного экипажа, соответствующего типа ВС и самого самолета позволяет повысить безопасность полетов и приводит к улучшению таких экономических показателей управления авиакомпанией, как: исправность СВП; регулярность движений самолетов; интенсивность использования СВП; коммерческая загрузка ВС; коэффициент использования коммерческой загрузки СВП авиакомпании; коэффициент занятости пассажирами кресел.

Это означает улучшение значения обобщенного показателя объема грузо-и пассажироперевозок, а также снижение эксплуатационных затрат авиакомпании (второй экономический показатель).

4. На основании полученных результатов видно, что точность расчета затрат топлива с использованием метеоинформации увеличивается, в среднем, на 13%, что также позволяет снизить эксплутационные затраты за счет уменьшения количества заправляемого топлива.

5. Результаты оптимизации наглядно показали, что выбор оптимального для полета эшелона при постоянном времени полета приводит к реальной 10% экономии горючего. Тогда суммарные годовые издержки на горючее на одной только трассе Воронеж - Домодедово могут составить до 168'ООО рублей.

141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выявлены основные экономические показатели, оказывающие воздействие на деятельность авиакомпании.

2. Построены схема организационных уровней, функциональная схема, схема информационных потоков и модель бизнес-процессов, достаточно полно описывающие экономическую деятельность авиакомпании.

3. Сформулированы требования к информационной системе, предъявленные проведенным системным анализом деятельности авиакомпании.

4. Составлена техническая архитектура информационной системы управления авиакомпанией, позволяющая эффективно использовать уже существующие комплексы аппаратных и некоторых программных средств.

5. Предложена методика проектирования и разработки информационной системы на основе метода Custom Development Method.

6. Разработана модель оптимизации построения воздушной трассы, основанная на сетевых моделях, позволяющая максимально эффективно и экономно совершать воздушные рейсы.

7. Разработаны модели выбора воздушного судна и экипажа на рейс, основанные на методах принятия решения.

8. Формализованы алгоритмы штурманских расчетов, оказывающих влияние на процедуру построения воздушной трассы.

9. Разработана структура информационной системы, основанная на выявленных информационных и управляющих потоках, а также с учетом выявленных организационных уровней.

10. Разработана информационная модель подсистемы «Штурманская», позволяющая достаточно полно использовать информацию, связанную с функциональностью данной подсистемы.

11. Разработана и внедрена в авиакомпании «ВоронежАвиа» и на ВАСО подсистема «Штурманская», являющаяся частью информационной системы управления авиапредприятия, и позволяющая производить штурманские расчеты с высокой точностью результатов.

142

1. Филлипс Д., Гарсиа-Диас А. Методы анализа сетей. - М.:Мир. 1984 -496с.

2. Хлытчиев С.М., Тарасова Н.П., Лившиц В.М. Теоретические основы почтовой связи. М.: Радио и связью 1990-280с.

3. Грешилов A.A. Как принять наилучшее решение в реальных условиях.-М.: Радио и связью 1991.-320с.

4. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, расчет и приложения. М: 1992.

5. Лазарев В.Г., Лазарев Ю.В. Динамическое управление потоками информации в сетях связи. М.: Радио и связь. 1983 - 216 с.

6. Ху Т. Целочисленное программирование и потоки в сетях. М.: Мир. 1974.-410 с.

7. Смехов A.A. Введение в логистику. М.: Транспорт. 1993 - 112с.

8. Вознесенский В.А., Ковальчук А.Ф. Принятие решений по статистическим моделям. -М.: Статистика, 1976. 192 с.

9. Воздушная навигация: справочник/А.М. Белкин, Н.Ф. Миронов, Ю.И. Рублев, Ю.Н. Сарайский. М.: Транспорт, 1988. 303 с.

10. Воробьев Л.М. Воздушная навигация. М.: Машиностроение, 1984. 255с.

11. Копытов Е.А., Кузнецов И.И., Мишнев Б.Ф. Решение на ЭВМ задач управления воздушным движением и навигации. Рига: РКИИ ГА, 1987. 101 с.

12. Наставление по производству полетов в гражданской авиации СССР (НПП ГА-85). М.: Воздушный транспорт, 1985. 254 с.

13. Наставление по штурманской службе в гражданской авиации СССР (НШС ГА-86). М.: Воздушный транспорт, 1985. 150 с.

14. Справочник пилота и штурмана гражданской авиации/В.А. Русол, В.Ф. Киселев, Т.О. Крылов и др. М.: Транспорт, 1988. 320 с.

15. Смирнов С.Н. Работаем с Oracle М.: Гелиос, 1998. - 320 с.

16. Пэйдж Вильям Дж. Использование Огас1е8. Пер. с англ. К.; М.; СПб., Издательский дом «Вильяс», 1998. 752 с.143

17. Ладыженский Г.М. Системы управления базами данных коротко о главном. - Jet Info, 1995, № 3-5.

18. Финансовое планирование и контроль: Пер. с англ./Под ред. М.А.Поукока и А.Х.Тейлора. М.: ИНФРА-М, 1996. - 480 с.

19. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг организаций и информационные технологии. М.: Финансы и статистика, 1997. — 336 с.

20. Попов Э.В. Бизнес-процесс «Реинжиниринг» и интеллектуальное моделирование компаний // Статические и динамические экспертные системы/Учеб. Пособие. -М.: Финансы и статистика, 1996.

21. Майер Эльмар. Контроллинг как система мышления и управления. М.: Финансы и статистика. 1993. С. 94.

22. Гуляев Ю.В., Олейников А.Я., Филинов E.H. Развитие и применение открытых систем в Российской Федерации. Информационные технологии и вычислительные системы, N 1,1995г.23. www.tpc.org Web-страница, посвященная тестам эффективности и производительности.

23. Джайкумар Виджаян, Лаура ди Дио. Возьмите лучшее от NT и UNIX// Computerworld № 25, 1998.

24. Д.Гантер, С.Барнет, Л.Гантер. Интеграция Windows NT и UNIX в подлиннике: пер. с англ.-СПб.:ВНУ-Санкт-Петербург, 1998.-464с.

25. Глобальные сети: информация и средства доступа. Ассоциация EARN. 1993. Second edition. 135 стр.

26. Современное состояние и тенденция развития информационных технологий в России. М. 1995.

27. Ш. Атре. Структурный подход к организации баз данных. М.: Финансы и статистика. 1983

28. Муртаф Б. Современное линейное программирование. М.: Мир, 1984 -224с.

29. Дэвид Г. Метод парных сравнений. М.: Статистика, 1978 - 144с.

30. Закс Л. Статистическое оценивание. -М.: Статистика, 1976 597с.

31. Исследование операций. Модели и применение. -М.: Мир, 1981.-Т.2-677с.144

32. Зиглер К. Методы проектирования программных систем: Пер. с англ.-М.:Мир, 1985.-328с.

33. Дж.Мартин. Организация баз данных в вычислительных системах: Пер. с англ.-М.:Мир, 1980.-660с.

34. Вендров A.M. Case-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. Финансы и статистика, 1998, 176 стр.

35. Бобровски С. Oracle 8: Архитектура. ЛОРИ, 1998, 210 стр.

36. Разработка САПР: В 10 кн. Кн.6. Выбор состава программно-технического комплекса САПР: Практ. пособие / Ю.Г.Нестеров, И.С.Папшев; Под ред. А.В.Петрова.-М.: Высш.шк., 1990. 159 с.

37. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Под ред. И.Г.Арамановича. -М.:Наука, 1974.-831с.

38. Гаральд Крамер. Математические методы статистики. Под ред. академика А.Н. Колмогорова. М.: Мир, 1975. - 648с.

39. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. Вербальный анализ решений. М.: Наука. Физматлит, 1996. - 208с.

40. B.C. Рожнов, О.М. Островский. Автоматизированные системы обработки экономической информации. -М.: Финансы и статистика, 1986.-272с.

41. Н.П. ФеДоренко, И.П. Шубкина. Экономико-математические модели в системе управления предприятиями. М.: Наука, 1983. - 390с.

42. И.Ф. Байдюк, В.В. Бойко. Организация планирования и управления авиационными научно-производственными организациями. —М.: Машиностроение, 1985. -343 с.

43. В.И. Савицкий. Автоматизированные системы управления воздушным движением. -М.: Транспорт, 1986. 192с.

44. Сигиневич A.B. Конечные результаты и показатели деятельности предприятий / Отв. Ред. В.И. Иванченко. М.: Наука, 1986. - 161с.145

45. Математико-статистические методы в экономическом анализе и планировании / отв. ред. Б.Б. Розин. Новосибирск: Наука, Сиб. отд, 1983.-255с.

46. Астапенко П.Д. Погода и полеты самолетов и вертолетов. -JL: Гидрометеоиздат, 1980.-280с.

47. Андронов A.M. Математические методы планирования и управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия гражданской авиации. М.: Транспорт, 1977. - 255с.

48. А. Мирошников. Экономика, организация и планирование гражданской авиации. -М.: Транспорт, 1983. 240с.

49. Иващенко H.H. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. Учебник для вузов. Изд. 4-е перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1978. -736с.

50. Автоматизированная система управления воздушными суднами. Штурманские расчеты / И.И. Мугалев, P.A. Пресняков. Инв № ФАП 018.6100.504.

51. И.И. Мугалев, А.И. Мугалев. Организация автоматизированной системы управления авиапредприятияем. // "Высокие технологии в технике, медицине и образовании". Межвузовский сборник научных трудов. В 2-ч частях. Воронеж.: 1996. Часть 2. с.211-217.

52. И.И. Мугалев, А.А. Рындин. Анализ выбора СУБД ORACLE для автоматизации системы управления авиапредприятием. // "Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах". Межвузовский сборник научных трудов. Воронеж.: 1998. с.205-210.

53. Мугалев И.И. Анализ математических моделей для оптимального проектирования воздушных трасс. // Межвузовский сборник научных трудов «Высокие технологии в технике, медицине и образовании». Часть 2. Воронеж. ВГТУ, 1999. С. 115-121.

54. Руководство по летной эксплуатации самолета АН-24. М.: «Воздушный транспорт». 1983.

55. Vidette Рое, Patricia Klauer, Stephen Brobst. Building a Data Warehouse for Decision Support. Prentice Hall. 1997, 360 стр.

56. Patricia Ju. Databases on the Web : Designing and Programming for Network Access. M & T Books, 1997, 320 стр.

57. Manola F.A. A Personal View on DBMS Security. in DATABASE SECURITY: Status and Prospects. C.E. Landwehr (Editor). Elsevier science Publishers B.V. (North Holland). IFIP, 1988.

58. Davenport Т.Н. Business Innovation, Reengineering Work through Information Technology. Boston: Harvard Business Shcool Press, 1993.148

59. Salgame R.R., Becker S.G., Yu D.H. Sparks: A Knowledge Based Process Modeling and Simulation System // The National Business Process Reengineering Conference, 1995.

60. Extensions to Analysis Method to Support the Design of Distributed Data Systems, Chris Ellis and Dave Ewer, 1992.

61. Thomas A. Bruce "Designing Quality Databases with IDEF1X Information Models".

62. R. Barker "CASE Method. Tasks &AMP Deliverables".

63. R. Barker, C. Longman "CASE*Method. Function & AMP Process Modelling".

64. Ahmed Alomari. Oracle and Unix Performance Tuning. Prentice Hall. 1997, 255 стр.

65. Chris Billings, Maria Billings, Julia Tower. Rapid Application Development With Oracle Designer/2000. Addison-Wesley. 1997, 458стр.1. ЗАМЕСТИТЕЛИ ДИРЕКТОРА1. Оперативный контроль1. УПРАВЛЕНИЕ (ВКЛЮЧАЯ ФЭС)- ЗАМЕСТИТЕЛИ ДИРЕК "ОГА . £ИГ51СТСвюро

66. АЙР0НАВИ1*АЦийНИ<5Й МНЛм-МАЦ^ЬАИ»аэродромный диспетчер йкий1. ПУНКТ (АДП)3№№ВЖМ1И0КН«Л •ум^тите.ч.Ч««!^»»аэропорт заместители1. ШШйЩии!1. Я5Г6>ТСГ1. СЛУЖБА МО, ВКЛЮЧАЯ Г<1. АВИАКОМПАНИЯ

67. ЗАМЕСТИТЕЛИ ДИРЕКТОРА • ДИРЕКТОР1. ШТУИйАНйКАЯм«.'»" .

68. Подготовка а эрона вигационной информации1. Г*

69. Формирование и ю изменений в расписание

70. Учет товарно-транспортных накладных

71. Подготовка Формирв суточной1. Штурманские расчеты