автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Разработка и исследование методов представления оперативной информации в системе информационной поддержки управления морским портом

Актуальность проблемы. Совершенствование оперативного планирования процесса перевозки различных грузов заключается в возможности более эффективного использования транспортных средств и пропускной способности крупных транспортных узлов путем оптимизации плановых и управленческих решений, сообразуясь с конкретными производственными условиями, изменяющимися во времени и пространстве.

В морские торговые порты, в которых используется система непрерывного оперативного планирования работы флота и портов, представляющая собой взаимосвязанную систему по бассейнам и

Департаменту морского транспорта РФ. Основой такой системы являются t непрерывные графики*работы флота (НГРФ) и непрерывные планы-графики работы портов (Hill РП), обеспечивающие взаимную увязку работы флота и портов, организацию устойчивого ритма подачи и обработки судов в портах, возможность маневрирования и наиболее целесообразное использование ресурсов порта.

Развитием Hill РП стал скоординированный план-график работы порта-транспортного узла (Hill РТУ), обеспечивающий взаимную увязку работы флота, порта, железной дороги, автотранспортных предприятий, а также отправителей и грузополучателей в целях ускорения доставки грузов и лучшего использования транспортных средств.

В целом процесс управления портом осуществляется с помощью АСУ "Порт". Однако, хотя НПГРП и составляется компьютером, окончательные решения принимаются диспетчером. Кроме того, он должен контролировать обработку всех судов в реальном масштабе времени, то есть оперативно получать информацию об обработке каждого судна по всем грузам и соответственно принимать решения по подаче погрузо-разгрузочной техники, 6 подачи автомобильного и железнодорожного транспорта, цистерн, подключение нефтеналивных судов к трубопроводам и решать другие задачи.

Все это время по каждому судну диспетчер должен отслеживать процедуры обработки: иметь информацию о выполненных этапах, иметь возможность анализировать (прогнозировать) происходящую последовательность этапов с целью оценки имеющихся ресурсов для их исполнения. Учитывая, что в порту обрабатываются несколько десятков судов и каждое судно находится в своей собственной (но отличной от других) стадий обработки, диспетчер испытывает большую информационную перегрузку, что приводит, во-первых, к потере времени на анализ состояний, во-вторых, к принятию диспетчером не оптимальных решений.

Перспективным путем решения указанной проблемы является создание f программной подсистемы информационной поддержки диспетчера, выполняющей следующие функции:

- оперативно отслеживать порядок обработки каждого судна;

- представлять диспетчеру в удобной форме (на удобном языке) общую картину обработки и подробную информацию о выполнении текущей стадии;

- представлять диспетчеру общую картину обработки всех судов порту.

Учитывая многовариантность возможных решений диспетчера программная подсистема информационной поддержки должна выдавать все допустимые варианты для принятия диспетчером оптимального решения .

Проблемы организации эффективного управления портом можно решать с использованием логистического подхода и современных САЬБ-технологий, в основу которого положено понятие продукта, жизненного цикла продукта и функций управления жизненным циклом.

Такая постановка задачи выходит за рамки сегодняшней АСУ "Порт".

В связи с изложенным выше, актуальной является проблема создания информационной технологии поддержки принятия решений диспетчером, обеспечивающая возможность оперативного контроля всей совокупности операций по обслуживанию судов в порту.

Целью диссертации является разработка новой информационной технологии контроля текущего состояния обслуживания судов на основе парадигмы жизненного цикла обслуживания, включая разработку модели жизненного цикла как диаграммы специального вида, исследование свойств и создание способов их формализованного представления, удобного для визуального контроля их состояния, а также создание на их базе пакетов прикладных программ подсистемы информационной поддержки диспетчера по управлению морским портом.

Методы исследования. При исследовании использовался аппарат системотехники, теории графов, теории конечных автоматов, высшей алгебры, комбинаторики, методов системного и прикладного программирования.

Научная новизна работы. В результате выполненных в диссертации исследований получены следующие результаты:

1. Разработана новая информационная технология поддержки принятия решений диспетчером на основе парадигмы жизненного цикла обслуживания судов. Предлагаемая информационная технология предусматривает графовое представление диаграмм жизненных циклов обслуживания судов, то есть представление алгоритма как набора исполняемых стадий (операций), а очередность исполнения задается графом.

2. Впервые разработана структурированная модель диаграмм жизненных циклов и средств их описания, названная магазинным автоматом с регулярной структурой (МАРС). Она представляет собой описание набора фрагментов, которые ^связаны ш&шу «хобой чХ .аошвдью следующих^"* алгебраических операций: последовательные соединения фрагментов (конкатенация), разветвления (альтернативы) и циклы (итерации).

3. Исследованы свойства МАРС и разработан новый графоаналитический язык представления МАРС в виде линейных графов (фрагментов) и формулы структуры, которые позволяют компактно и наглядно представлять диаграммы жизненных циклов для визуального контроля.

4. Разработан пакет прикладных программ, который реализует предложенную информационную технологию и модель языка описания диаграмм жизненных циклов обслуживания судов.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена убедительной аргументацией постановок задач, корректным обоснованием и анализом моделей, наглядностью интерпретаций формальных построений, а также результатами экспериментов над программным макетом предложенной информационной технологии.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что предложенная информационная технология и модель языка описания диаграмм жизненных циклов создают методологическую базу для модернизации действующих АСУ "Порт" путем создания в них систем информационной поддержки диспетчеров, основанных на парадигме жизненного цикла обслуживания, позволяющем в одном динамически изменяющемся объекте (диаграмме жизненного цикла) увязать все операции по обслуживанию судна и компактно их представить для визуального контроля.

Внедрение и реализация результатов. Выдвинутая, в ¡диссертации идея координации всех операций по обслуживанию через диаграммы жизненных циклов, разработанные модели и макет информационной ^технологии поддержки диспетчера использованы Ид статуте 9

Союзморниипрект" в контрактной работе по развитию программного обеспечения АСУ "Порт".

Экспериментальное исследование пакета прикладных программ "Подсистема поддержки диспетчера", разработанного на основе рекомендаций диссертации выявило эффективность предложенной информационной технологии по сравнению с общепринятой практикой принятия решений диспетчером порта, складывающемся за счет повышения оперативности при анализе текущего состояния обслуживания судов, снижения информационной нагрузки на диспетчера, повышения уровня достоверности (доверия) к взаимной увязке (координации) отдельных операций, что в совокупности дало надежную гарантию от принятия им нерациональных решений.

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на международной научной конференции "Проблемы регионального и муниципального управления" (Москва, РГГУ, 1998 г.);

- на Юбилейной Международной научно-практической конференции Теория активных систем (Москва, ИПУ РАН, 1999г.)

- на 7-й Международной конференции Проблемы управления безопасностью сложных систем (Москва, ИПУ РАН, 1999 г.)

- на семинарах кафедры информационно-вычислительных систем РГГУ (1997- 1999г.).

По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы. Объем, структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти 1 глав, спйскйшёпдШз§ва1йнШ литературы и приложения, содержащего актьг о^ ^ внедрении результатов работы. Общий объем диссертационной работы.страниц, содержащей машинописный текст, .таблицы и .

Выводы во главе 4.

Установлена взаимосвязь между классом конечных автоматов в целом и классом МАРС. Показано, что для любого конечного автомата М всегда можно построить МАРС АМ такой, что реализуемое АМ автоматное отображение моделирует отображение, реализуемое М.

Показано, что в общем случае построить автомат АМ строго эквивалентный автомату М, невозможно.

Разработаны алгоритмы преобразования (структуризации) произвольного конечного автомата в МАРС по различным критериям: минимум переходных состояний, минимум общего числа состояний МАРС, минимум длины цепочек из переходных состояний.

Проведено исследование сложности структуризации и дана оценка указанных параметров преобразования.

138

Глава 5. Информационно - технологическое оперативное управление обработки транспортного средства на основе жизненных циклов обслуживания судов.

Система информационной поддержки (СИП) представляет собой комплекс программ, предназначенных для оперативного оповещения диспетчера порта о состоянии обслуживаемых судов и при необходимости выдачи ему справочной информации из базы данных.

Для согласования НГРП диспетчеру порта необходимо постоянно иметь доступ к информации по обработке жизненных циклов обслуживания судов, а также доступ к любым справочным данным из базы данных по любому судну. Общая структура СИП приведена на рис.5.1.

Рис. 5.1.

139

Жизненный цикл каждого судна состоит из последовательности операций, выполняемых над ним (например, швартовка) и условий перехода между операциями. Обычно в качестве неявного условия перехода к следующей операции выступает окончание предыдущей. ----

Каждая операция по обработке определяется набором своих характеристик и временем выполнения.

Диспетчер имеет доступ к списку всех обслуживаемых судов в порту и для каждого судна может вызвать его жизненный цикл обработки в виде диаграммы переходов по операциям. Все суда в порту делятся по типам и для каждого типа существует своя структура жизненного цикла (последовательность операций).

Интерфейс СИП должен обеспечивать информацией пользователя по всем операциям для всех судов, обслуживаемых на данный момент в порту. Из-за большого объема информации на экран диспетчера может быть выведена единовременно диаграмма жизненного цикла только одного судна, а остальные представляются в свернутой аналитической форме. Такая форма записи жизненного цикла судна представляет собой формулу из простых фрагментов диаграммы, соединенных между собой по определенным правилам структурированных графов. Ниже приведен пример формулы жизненного цикла судна. Здесь номерами обозначены фрагменты диаграммы.

Е = \2 ~ (3 + 5) 6

Имя (номер) выполняемого в данный момент фрагмента диаграммы выделяется в формуле. Все формулы жизненных циклов судов образуют список для просмотра диспетчером. Данные для СИП регулярно обновляются в соответствии с базой данных.

Команда на переход к следующей операции может поступить автоматически (по завершении предыдущей операции), либо требуется подтверждение

140 диспетчера. Для выбора альтернативных операций в соответствии с диаграммой всегда СИП находится в режиме ожидания команды от диспетчера, указывающего, каким образом необходимо обслуживать судно далее. На рис.5.2. приведена типовая диаграмма жизненного цикла обработки судов типа танкер.

Рис.5.2.

141

Прямоугольниками с цифрами обозначены операции жизненного цикла обслуживания судна. Диаграмма цикла имеет иерархическую структуру из двух уровней. Каждая операция цикла может состоять из простой последовательности более мелких операций, которые также выполняются последовательно. На рис. 5.2 показано, что операция цикла под номером «4» состоит из трех последовательно выполняемых подопераций. Диспетчер может в любой момент, указав курсором на диаграмме требуемую операцию, высветить в соответствующем окне составляющие ее подоперации (если они есть). --

Как уже отмечалось, каждая операция представляет собой в базе данных набор характеристик. По требованию диспетчера они могут быть выданы на экран в формате паспортной формы, которую можно редактировать и распечатывать. Паспортная форма представляет собой сгруппированные по функциям характеристики той или иной операции в произвольном формате. На рис. 5.3 представлен пример паспортной формы для операции «выгрузки/загрузки» судна. В верхней части паспорта находится условно-постоянная информация, не подлежащая редактированию с информацией о названии, типе судна и датах его пребывания в порту. Ниже находятся поля, которые диспетчер может заполнять или редактировать. Каждый паспорт соответствует какой-либо операции в жизненном цикле обслуживания судна.

142

Тип состояния

Рис. 5.3.

Работа пользователя с СИП начинается с авторизации доступа (системы паролей). Если пароль введен правильно, пользователю необходимо выбрать рабочую базу данных и далее через меню входить в справочники:

143 типов судов, общего списка судов или текущего состояния обслуживания судов. В первом случае, выбирая конкретный тип судна, пользователь делает выборку по данному типу из общего списка судов. Из общего списка, выбирая конкретное судно, пользователь может просмотреть его жизненный цикл с указанием состояния, в котором оно в данный момент находится.

При высвечивании текущего состояния обслуживания судов пользователь видит список всех циклов обслуживания судов, находящихся в порту в аналитической форме. Указывая на конкретную формулу он также может высветить диаграмму соответствующего жизненного цикла. Указывая на конкретный номер фрагмента в формуле или состояние на диаграмме пользователь может вызвать соответствующую последовательность подопераций (если она есть). Вызов паспортной формы осуществляется по нажатию соответствующей кнопки на диаграмме.

Для получения помощи в СИП существует оперативная справка. В любой момент работы при нажатии пользователем ключа «БЬ) появляется окно с комментариями к текущим событиям на экране в виде гипертекста. Также всю справочную информацию по системе можно получить через меню «Помощь».

Имитация работы СИП.

Для имитации работы СИП в данную версию была включена программа-имитатор, которая с помощью временных задержек моделирует выполнение операций и прохождение всего жизненного цикла. Запуск программы осуществляется непосредственно из диаграммы жизненного цикла по нажатию кнопки «пуск». Исполнение операций можно в любой момент прервать и начать заново с любой указанной операции цикла. При достижении альтернативных путей на диаграмме пользователь должен в

145