автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Управление качеством грузовых перевозок на российских железных дорогах средствами АСУ "ДИСПАРК"



На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ГРУЗОВЫХ ПЕРЕВОЗОК НА РОССИЙСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ СРЕДСТВАМИ АСУ «ДИСПАРК»

.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (транспорт)

Авт ореферат Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

С-Петербург - 2003

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Главный вычислительный центр» Министерства путей сообщения Российской

Федерации

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ивницкий Виктор Аронович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Яковлев Валентин Васильевич

кандидат технических наук Бодюл Валерий Иванович

Ведущая организация - Государственное унитарное предприятие

«Научный центр по комплексным транспортным проблемам» Минтранса России

Защита состоится 29 декабря 2003 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д218.008.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения МПС РФ» по адресу: г.Санкт-Петербург, Московский пр.,9, аудитория 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 28 ноября 2003 года.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н. доцент

В.Б.Культин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Федеральный железнодорожный транспорт является важнейшей составляющей транспортной системы страны. На его долю приходится свыше 80% внутреннего грузооборота и более 43% пассажиро-оборота. Железные дороги несут главную нагрузку по транспортировке таких грузов, как уголь, руда, черные металлы, лесные грузы, удобрения, перевозят треть нефтепродуктов, товары народного потребления перевозятся в контейнерах и крытых вагонах.

Железнодорожный транспорт - это одна из самых сложных производственных систем в стране: 800 тыс. грузовых и 260 тыс. пассажирских вагонов перемещаются 22 тыс. локомотивами по магистралям, общей протяженность 85 тыс. км., 3,5 тыс. железнодорожных станций осуществляют сортировку вагонов, погрузку и выгрузку грузов, посадку и высадку пассажиров. Здесь трудится 1 млн. 300 тыс. работников разных специальностей.

Для обеспечения управления такой системой создана достаточно сложная информационная среда. Для получения адекватной информационной модели перевозочного процесса необходимо в реальном времени собирать и обрабатывать информацию, непрерывно поступающую более, чем от 20 тыс. АРМ и 15 тыс. устройств автоматики по всей стране. Только терминальных ЭВМ класса «персоналки» на железнодорожном транспорте функционирует более 130 тысяч.

Объем передаваемой и обрабатываемой информации существенно вырос за последнее время. В Министерстве путей сообщения построена масштабная телекоммуникационная сеть. В ее основе - оптоволоконная магистраль большой пропускной способности, дублируемая системой спутниковой связи.

Основу вычислительных ресурсов ГВЦ МПС составляют мэйнфреймы ЮМ 9672 под управлением OS/390. Все данные размещаются на нескольких дисковых массивах обшей емкостью более 4 Тбайт. Более 10 Тбайт отведено на архивную память в роботизированных комплексах.

Требования по производительности вычислительных комплексов и объему их памяти непрерывно растут. Так - совокупная процессорная мощность за последние 4 года увеличилась в 2,9 раза, а общий объем дисковой памяти - в 5,9 раз.

С июля 2000 года на Российских железных дорогах была принята в промышленную эксплуатацию система «ДИСПАРК», которая стала основной в управлении перевозочным процессом. Одновременно она стала базовой для функционирования остальных информационных систем. В пономерной вагонной модели ведется мониторинг по десяткам параметров о вагоне, его дислокации, состоянии и выполняемых с ним операциях. Информация поступает с множества АРМов и непосредственно с устройств автоматики. На базе ДИСПАРК реализован взаимосвязанный комплекс информационных технологий, в том числе:

— управление национальным парком вагонов;

— контроль эффективности работы выделенных родов подвижного состава;

— мониторинг использования вагонов стран СНГ и Балтии в России и российских вагонов в этих странах;

— мониторинг и обеспечение условий работы арендованных и собственных вагонов компаний-операторов;

— обеспечение эффективной системы ремонта вагонов, не по стандартным временным интервалам, как было ранее, а по реальному пробегу. При этом реализовано рациональное распределение вагонов

по ремонтным предприятиям в зависимости от места нахождения вагонов, их типа, вида ремонта и очереди на ремонт;

— контроль за соблюдением сроков доставки грузов с упреждающим управлением привязка вагонов к заявкам на перевозку с учетом расположения вагонов, их типа и характера заявок;

— контроль за вагонами на подъездных путях более 20 тысяч предприятий и другие.

Однако, уже первые годы эксплуатации «ДИСПАРКа» выявили основные недостатки, присущие большинству современных информационных систем:

1. Система обладает большой информационной избыточностью и не даёт ответа на вопросы выработки управляющих решений.

2. Эффективное пользование данными системы требует значительных дополнительных затрат на анализ поступающей информации.

3. Из-за отсутствия методических решений и аппарата по их реализации система обладает инерционностью, что сказывается на оперативности выработки управляющих решений.

В представленной работе на основе действующей системы «ДИСПАРК» предлагаются новые методические решения по расчету и анализу основных показателей управления эксплуатационной работой средствами АСУ.

Предлагаемые решения создают реальные предпосылки перехода от информационной к управляющей АСУ, что и является конечной целью данной диссертации.

Объектом исследования является автоматизированная система управления вагонным парком на сети железных дорог Российской Федерации, включающая информационные технологии и модель организации эксплуатационной работы вагонного парка, а также технические и программные средства, позволяющие решать данный комплекс задач.

Целью исследования является разработка методики анализа качества работы вагонного парка и методов управления этим процессом средствами авто-

матизированной системы на базе построения новой технологии расчета показателей и математического аппарата принятия решений.

Методика исследования. Теоретической и методической основой выполненной диссертации послужили работы ведущих ученых в области системного анализа, математической статистики, исследования операций, оптимального управления, теории принятия решений и проектирования автоматизированных систем управления.

Научная новизна. Разработаны и обоснованы новые методы анализа и управления качеством работы вагонного парка средствами автоматизированной системы пономерного учета, контроля дислокации, анализа использования и регулирования вагонного парка на железных дорогах России с учетом проведения рациональной инвестиционной политики по достижению основных качественных показателей работы железнодорожного транспорта.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведенных исследований и мер по внедрению информационных технологий автоматизированного пономерного учета вагонного парка удалось перевести железные дороги и сеть в целом на новую методику оценки работы вагонного парка, а также представить руководству ОАО «РЖД» и железным дорогам возможность оптимальным образом (с учетом имеющихся ресурсов и средств) осуществлять инвестиционную политику для достижения намеченных качественных показателей работы отрасли (ее подразделений) с минимальными материальными затратами.

Автоматизированное управление качеством перевозок (оборотом вагона и отдельных его элементов) повысит достоверность расчета этих показателей и обоснованность принятия оперативных решений диспетчерского аппарата по управлению перевозочным процессом.

Апробация итогов исследования заключается в том, что отдельные положения диссертации и основные результаты по внедрению докладывались и получили одобрение на техническом совете ГВЦ МПС, научно-техническом сок

вещании во ВНИИАС МПС, в вычислительных центрах Московской, Северной, Юго-Восточной, Свердловской и др. железных дорог, дорожных и сетевых конференциях по проблеме совершенствования управления перевозочным процессом в период 1999-2003 гг., международной конференции «Инфотранс» в 2000, 2001 и 2003 гг., заседаниях кафедр Российской академии путей сообщения, Академии народного хозяйства при Правительстве РФ, Санкт-Петербургского государственного университета путей сообщения, секциях «Совершенствования перевозочного процесса», «Информатизации и телекоммуникации» Научно-технического Совета Министерства путей сообщения Российской Федерации.

Реализация работы осуществлена на информационной базе автоматизированной системы управления вагонным парком по внедрению новой методики и расчета показателей оборота вагона для Северной железной дороги и для сета в целом. Руководством МПС приняты:--

• «Методические материалы по расчету качественных показателей использования вагонного парка на основе пономерного учета его работы в системе «ДИСПАРК» для Российских железных дорог», (утверждена ЦД МПС 28.06.2001 г), а также

• «Технология расчета качественных показателей работы вагонных парков на основе пономерного учета», (утверждена ЦД МПС, 27.09.2002г.).

•Пересмотр действующих инструкций и инструктивных указаний по учету вагонного парка в связи с переходом на автоматизированный учет по системе ДИСПАРК (Указание МПС от 26.11.02 г. №Н-1115-У)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (23 наименований), основной текст 104 страницы, включая 19 рисунков, 15 таблиц с приложениями.

£

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию и актуальности выбранной темы, выбору объекта исследования, характеристике существующей инфраструктуры вычислительной техники на железнодорожном транспорте, определению цели работы.

В первой главе приведен исторический обзор опубликованных работ и )

практических мер в области создания и внедрения автоматизированных систем управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте за период, начиная с пятидесятых годов прошлого века по настоящее время.

Особый акцент и более подробный анализ был посвящен работам, которые непосредственно касались созданию автоматизированных систем и информационных технологий и методов расчета качественных показателей работы вагонных парков.

В разработку этой проблемы внесли свой вклад многие отечественные ученые: доктора наук В.И. Арсенов, JI.A. Баранов, В.А. Буянов, И.И. Васильев, П.Я. Гордиенко, Ю.В. Дьяков, Ю.И. Ефименко, Х.Ш. Зябиров, В.А. Ивницкий, П.А. Козлов, А.Т. Осминин, А.П. Петров, В.А. Персианов, В.В. Повороженко, В.В. Сапожников, Е.М. Тишкин, Л.П. Тулупов, В.А. Шаров, А.К. Угрюмов, В.В. '

Яковлев, кандидаты наук A.B. Аксенов, Б.дель Рио, К.В. Кулаев, В.М. Макаров, Э.С. Поддавашкин, И.В. Харланович, Ф.А. Шевелев, А.И. Щелоков и другие исследователи.

В главе приведен анализ состояния внедрения и широкого использования автоматизированных систем и информационных технологий на разных уровнях управления, выявлены недостатки в использовании вагонного парка и причины неудовлетворительной организации его работы в период 1996-2002 г.

Основным недостатком в применении современных методов управления с использованием действующих автоматизированных систем является слабая

подготовленность персонала и отсутствие типовых технологий принятия оперативных решений при управлении производством.

Эти недостатки приводят к значительным негативным последствиям. Практически постоянно число вагонов рабочего парка МПС, не выполнивших ни одной грузовой операции за месяц, оно составляет, в среднем по сети 5 тыс. вагонов, а количество вагонов, совершивших только одну грузовую операцию за месяц - около 90 тыс. (диаграмма 1).

Эти недостатки удалось выявить лишь с применением автоматизированных методов анализа и управления вагонными парками.

В главе подробно рассматриваются причины таких потерь погрузочных ресурсов сети и сформулированы предложения по их устранению. Реализация совокупности этих предложений, которые выражаются в переходе на новые методы оперативного управления качеством грузовых перевозок, позволит обеспечить ускорение оборота вагона не ниже 10%.

2. Вторая глава посвящена новому подходу к анализу оборота вагона и выявлению факторов, влияющих на его изменение. Известно, что на железных дорогах и отделениях оборот вагона различен для различных потоков: транзитного, местного, с переработкой и без переработки порожнего и др. Поэтому целесообразно рассмотреть оборот вагона не в общем, а по каждому отдельному циклу, выделяя: транзитные груженые вагоны, груженые вагоны, поступающие под выгрузку, порожние вагонопотоки, вагоны загруженные после выгрузки на этом же подразделении, вагоны, принятые в порожнем состоянии до сдачи в груженом и др.

Средневзвешенное значение этих циклов работы вагонов и представляет собой общий оборот вагона для дороги или отделения.

Кроме того, для более полного анализа качества использования вагонов грузового парка и технических средств железнодорожного транспорта оборот вагона расчленяют на несколько элементов: в поездах на участках, на технических станциях, под грузовыми операциями, в различных состояниях и др.

1000 900 800 700 600 • 500 400 300 200 100 ■

Отсутствие погрузки вагонов инвентарного парка на дорогах РФ в течение месяца

и - ОКТ клг мск ГОР СЕВ СКВ ЮВС ПРВ КБШ СВР ЮУР ЗСБ КРС ВСБ ЗА6 две САХ

Ниюнь 872 24 585 80 369 220 248 77 234 402 97 351 87 78 19 95 8

в июль 544 5 337 181 323 207 264 254 298 382 111 221 64 182 58 139 4

Вавгусг 433 7 285 107 263 238 155 212 626 , 426 128 164 58 61 31 154 5

В связи с изложенным, воспользуемся для анализа оборота грузового вагона известной четырехчленной формулой:

0 = (1/24) х (7/у, + 1 х1тр/Ьтр + 1х 1„ер/Ь„ер +кх 1гр) (1)

где: 1- полный рейс вагона, км;

Уу - участковая скорость, км/ч ; Дп/>. (Ьщр) - «вагонное плечо» - среднее расстояние между техническими станциями, на которых составы поездов не подвергаются (подвергаются) переформированию (транзитное плечо, плечо переработки), км;

'«/>. Опер) средний простой вагона без переработки (с переработкой) на технической станции, ч.;

к - коэффициент местной работы;

/гр - средний простой вагона на одной станции с грузовой операцией, ч.

К параметрам оборота вагона, которые могут меняться во времени, а также при проведении мероприятий по его уменьшению, относятся: Уу, Ьтр, Ьтр,

1. ^тр* 1пер>

Разлагая формулу (1) для © в ряд Тэйлора имеем при приращениях параметров АУу, АЬщ, АЬ„ер, -А1, -А1„ер, -А^ следующее выражение:

Д0=0 (Уу + Ауу, !,„,, + Аг,„р,

?пер ^^пер' ^гр Д^тр» 1 + А1,

Ьпер + А1пер) - 0 (\\, Ь„,р, ¿„ер, 1, 1„1р, ?„гр, ¡гр) = (а0 0Мчу) х Ауу -

- (Л 0 1сЬтр) х А1тр - (а 01сИ„,р) х А1„ер - (д. 0 ¡¿1гр) х А1гр- (а0 !<И) х А1+ + (а 0 /аьтр) X АЬтр + (Ы 0 МЬпер) х АЬпер+... (2)

где а 0 Шу = -1/24ч2у, а в Мтр = 1/24 Ьтр, а в /Лпер = 1/24Ьпер,

а в М(гр = = У24, </©/<// = (ЦУу + !т/Ьтр + 1„е/Ьпер)/24, аО/аЬтр = = -1 х V241?Ттр, а® 1аьтр =-1х Г„ер/24Ь2„ер.

А1тр, А^ер, А1гр и А1 берутся со знаком «-», т.к. речь идет об уменьшении оборота вагона. Итого, имеем семь влияющих факторов: \>р Ьтр, Ь„ер, 1, 1тр, гтр,

/¿р., а влияние каждого из них можно оценить изменением на величину Ауу (т.е. будем иметь V,. + ¿у,), что приводит к изменению 0 на величину (<1 © 1сЬ0 х Д V, = -1 xAv> /24\?п

изменение на величину А1щ, □ изменение 0 на величину Д© (А, (сКёМ^хА^ = 1 хМщ, /24Ьтр Д0 (А 1„ер)= Хтр н&А1тр □© на величину I хА1т/24Ьтр Д© (А ¡гр)= /^на ¿¡Гр □ © на величину х

Д0 (А 1)= 1каА1 II 0 на величину А /х (1/уу + + 1т/Ьтр)/24

Д0 (А Ьтр)= Ьар на □ © на величину АЬтр х 1 х 1яч/24Ь2тр А® (А Ьпер) ~ на Ьщр ДЬлер □ 0 на величину АЬ„р х 1 х ¡„¡/241? пер

Представление приращения среднего оборота вагона в виде (2) позволяет не только решить проблему его анализа, но и ставить и решать далее оптимальные задачи по его оптимальному ускорению (уменьшению), тогда как формула (1) в силу ее нелинейности по V, , Ьтр не позволяет решить эти задачи.

Здесь же во второй главе приведены практические расчеты анализа оборота вагона по изложенной методике за последние годы, которые показали, что ею можно успешно пользоваться, поскольку ошибка, как правило, не превышает десяти процентов по сравнению с точной формулой (1).

В третьей главе показано, что существо модели анализа для управления качеством перевозок - управление произвольным показателем качества перевозок состоит в том, чтобы:

1) разделить все влияющие факторы на две группы: оказывающие положительное действие и оказывающие отрицательное действие, среди каждой из этих двух групп выделить наиболее весомые части приращения показателя А/7,; в частности, оборот вагона и другие показатели, вызванные приращением факторов Ахь ¡=1,...п и проранжировать в порядке убывания все АП, внутри каждой группы;

2) начиная с самых весомых частей ДЯ, в группе факторов, оказывающих положительное действие, необходимо принять меры к закреплению этой тенденции и ее развитию в положительную сторону;

3) начиная с самых весомых частей ДЯ, в группе факторов, оказывающих отрицательное действие, необходимо принять меры к устранению этих недоработок.

Таким образом, ставится задача нахождения разложения ДЯ по составляющим частям АЯ,, но так чтобы сумма отдельных ДЯ, равнялась ДЯ.

Величина Д/7 есть разность /(*,и|.....- /(*,'".....х„ш). имея в виду ,

что ДП=П2-Л,, Пг=/(х,т.....*л<2>). Я,=/(*,(|),...,*„<").

Воспользуемся тем обстоятельством, что рассматриваемый интервал времени, в котором производится анализ, является небольшим, например, декада,

месяц, квартал, даже год, так что приращения факторов Д х, = -*,"', / = 1.....и,

и самого показателя качества П в этом интервале времени являются также небольшими. Показатели качества и факторы в такие интервалы действительно меняются мало.

В силу этого можно использовать такой математический способ анализа как разложение аналитической функции в окрестности фиксированной точки в ряд Тейлора:

ы ох1

отсюда первое приближение дЯ'" к дЯ имеет вид

д/7"' = 1 /(*.'".....+ ,а (3)

.-1 ах,

выражение для ДЯ, равно

АП, = ±/(хГ,.,х„т)&х,. (4)

н

Здесь уже АЯ, не зависит от порядка ранжирования и от приращений других факторов и определяется однозначно.

К недостаткам этого подхода можно отнести приближенный характер используемого разложения, т.е. то обстоятельство, что при использовании этого разложения мы допускаем некоторую погрешность, которая будет порядка о(Дх,) при условии, что Л хп / = 1,...,и, будут малыми величинами одного порядка малости.

Вместе с тем вышеуказанный недостаток можно устранить, используя последующие члены разложения. Действительно, используя члены разложения в ряд Тейлора второго порядка малости е, т.е. члены порядка малости е1 при условии, что д 1 = 1,..„и, как и ранее, будут членами порядка малости е, т.е. О(е), получаем второе приближение-ДЯ'2' к дЯ, а именно,

= Х ¿-/(x1«"t..,x.«'»)Ax1+0,5t ^/(^...,*„<'>)(Д*,)2 +

/-1 »1 ОХ,

I I зй-/<*.'".....+ **1). (5)

i¿7Íu dxldx¡

В этом случае А/7, имеет вид

ДЯ, = .....х„'")Дх, +0,5 (6)

ох, дх,

Это разложение позволяет учесть и совместное влияние двух и более факторов, а именно, Д Я'21 в этом случае представляется в виде

ДЯ"> = £ ДЯ( + Х £ АЯ(/ +о(£3), (7)

i-1 |4</4|

где

Величина ДЯ1( отражает именно совместное влияние двух факторов д х, и д х,.

il

Если мы хотим оценить или выделить влияние приращений двух факторов д х, и д х], то это влияние оценивается следующей величиной

ДЯ,/=ДЯ,+ДЯ,+ ДЯ,, (9)

где ДП, и ДЯУ определяются по формуле (6), ДЯ(; определяется по формуле (8).

Таким образом можно оценивать и влияние приращений трех и более факторов. Обозначим через ДЯ(1 А* влияние приращений / факторов Тогда, например, для трех факторов Д*,, Д дг; и А хк ДЯ,у|* будет иметь следующий вид для разложения () с учетом только линейных членов Д х,

ДЯ,/ = ДЯ, + ДЯ, + ДЯ,. (10)

Для более точного разложения () с учетом как линейных членов д так и квадратичных членов вида (д л,)2 выражение для ДЯ4/ имеет вид

ДЯ,/ = ДЯ, + ДЯ, + ДЯ, + ДЯ, + ДЯ„ + ДЯ„. (11)

В общем виде, когда мы хотим оценить влияние нескольких факторов ДЯ,1А* определяется следующей формулой

= 1 +Х I ДЯ,п1/,, (12)

у-1 Ч.1,<l-.il

а с учетом двух последующих членов ряда Тейлора имеем, что приближение ДЯ'3' к ДЯ:

АЯ<» = £ ДЯ.+Х X £ ДЯй; + 1£ X ^ +

+ 1Е ДЯ„ + о(г3), (13)

* Ик/<»5л

где

ох, дх1

/(*'".....X,)1,

ах, ох1 дх,дх;дхк

Здесь А/7,,, отражает именно совместное влияние трех факторов Дд:,, Д х/ и Д .

В четвертой главе приведены методы оптимального управления приращением качественных показателей работы.

Пусть имеются два показателя качества функционирования железнодорожного транспорта Я„Я,. У каждого из них Я„Я2 могут быть свои факторы, на приращения которых можно воздействовать. Объединим их в один перечень х.......... так что Я,,Я2 являются функциями этих факторов. Таким образом, имеем следующие аналитические зависимости

П,=М*,.....*„). Пг =/,(*„....*,).

а

Обозначим через 6„ частную производную —^ .,*„'"), / = 1,2. Если

дх1

какой-либо показатель 77,, ¿ = 1,2, не зависит от фактора х1, то соответствующая частная производная Ьи = 0, /' = 1,2. По каждому из показателей качества 77,, Пг задано приращение д0,,/ = 1,2. Эти приращения должны быть достигнуты.

Пусть известны функции СДДдг,), которые отражают величины затрат на достижение приращения фактора х1 в размере Дх„1 = 1,...,л. Ставится задача достижения заданных приращений д0,,/=1,2, по всем показателям качества 77,,Пг

при минимизации суммарных'затрат С,(Дх,). Перейдем к формулированию

№|

этой оптимальной задачи при условии, что используются разложения первого порядка вышеуказанных показателей качества ДЯ/'^ДЯ/", определенные выше. Оптимальная задача формулируется следующим образом: надо найти

mta | СДДх,) (14)

при следующих ограничениях:

п п

£ b,jAXj = Д01, £ 6гуДху=Дю, Дх„/ = 1,...,и. (15)

j-I j-1

Аналогично предыдущему считаем, что функции СДДх,), i=l,...,n, являются монотонно возрастающими функциями, то есть СДДх,), Дх, ¿0,í = l,...,«. Будем также предполагать, что п>2. Для решения сформулированной постановки можно использовать метод неопределенных множителей Лагранжа.

Составляем функцию Лагранжа F( Дт,.....^.^.^), имеющую в данном случае следующий вид:

F( Дх,,...,^^^) = ¿ СДДх,) + ¿ Ду(Доу-£ ¿у,Дх,). (16)

1.1 /-1 Í-1

В качестве неизвестных, которых надо найти, выступают величины

. Составляем систему уравнений для поиска экстремума, т.е. берем

частные производные от функции Лагранжа F( Дх,,...,Дх„Д,2,) и приравниваем

их нулю. В итоге получаем

F( = Д0,-£ ¿>„д*, =0, у = 1,2, (17)

Т^- Л Дх.....,Дх„.ЛЛ) = СДДх,) - У ДА = 0, /-1,...,и. (18)

ЗДх, н

Общая схема решения систем уравнений (17) и (18) сводится к следующему. Решая уравнения

СДДх,) = £ ЯД , í = l,...,«, (19)

/-i

2

находим выражение Дх„; = 1,...,л, через £ АД,, т.е.

i-i

Д*. = ?>,<£ ЯЛ). / = 1,...,и (20)

/-i

Затем подставляем это решение в уравнение

Д0,=£ А„Д*,, 7 = 1,2. (21)

(■I

Система уравнений (21) состоит из двух уравнений и содержит два неизвестных Л,,Л,. Решая систему уравнений (21) относительно неизвестных Л,,Л,, находим эти неизвестные Л,,^. Затем подставляем найденные значения Л,,^ в формулу(20), тем самым находим искомые значения Дх,,/' =1,...,и.

Значительно большую сложность представляет нахождение решений уравнений (17, 18), если они нелинейные. Проиллюстрируем изложенную схему решения для случая, когда С,(Дх,) является полиномом второй степени,т.е. С,(Дх,) = а/Дг,)2+с,Дх,, / = 1.....п.

Тогда имеем С,'(Дх,) = 2а,Дх,+с, и уравнение (19) приобретает вид

2а,Дх, + с, = £ ЯД, 1 = 1.....и. (22)

= т~(£ (23)

/"I

Отсюда

Лг =

2а,

А0/ = I 7-(I М, - с,), j = 1,2. (24)

..I Щ 1.1

После некоторых преобразований имеем для определения неизвестных Л,,Л, следующую систему линейных алгебраических уравнений

2 " Л А * г Ь

НЕ ^ = (25)

(•I »1 ..I

Систему линейных алгебраических уравнений (25) можно решать известным методом. А именно, обозначим через А,г выражение

У /,; = 1,2, через В -выражение Д0 + £ —; = 1,2.

м 2а, у ы 2а,

Тогда (25) переписывается в виде

£ Л4 = = (26)

^ = ТТ А дл - ).' =1>->» • (27)

я

При этом минимальные суммарные затраты £ СДД*, ) будут равны Ъ = I (^.У+сДгл, I (I Л А, - с,)' +

1.1 м ' ..I 40,а /.I

-^(¿АА-О). (28)

Для рассматриваемого случая двух показателей качества результаты получаются в явном виде. Выражение для Д имеет вид

д = = ± £ -<£ (29)

Для д, получаем следующую формулу

д, = =(До, + I £ + I (30)

Для Д, получаем следующую формулу

л, -- § ♦1 £>- | ♦1 А,. (31)

Тогда для оптимальных приращений факторов Дх,,/ = 1,...,и, получаем формулы в явном виде:

§ Ы

§ 17»-с')) 02)

Используя предложенный подход и математический аппарат, можно более

//

рационально осуществлять инвестиционную политику в различных хозяйствах железнодорожного транспорта и в отрасли в целом.

Данная методика расчетов предназначена для использования в департаментах «Экономического прогнозирования и стратегического развития», «Инвестиционной деятельности» ОАО «РЖД».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие основные результаты и выводы:

1. На основании анализа отечественного и зарубежного опыта в области управления технологическими процессами и производствами показана необходимость разработки и перспективность использования системы показателей, характеризующих качество перевозок грузов на железных дорогах, получаемых за счет автоматизации перевозочного'-процесса средствами АСУ в реальном масштабе времени.

2. Предложен основной критерий синтеза оптимальной структуры информационного и программного обеспечения СОД РВ в виде максимума производительности системы при заданных эксплуатационных затратах.

3. Как показал анализ, использование действующей методики расчета качественных показателей работы железных дорог не позволяет получить объективную оценку их эксплуатационной деятельности. Так, например, при использовании традиционной методики погрешность при оценке оборота вагона достигает до 10%.

4. Предложен метод автоматизированного анализа оборота вагона и выявления факторов, влияющих на его изменения в зависимости от: потока, в котором продвигается грузовой вагон, места его дислокации, переработки, выполнения грузовых операций и др.

5. Разработанный метод автоматизированного анализа влияющих факторов на качество грузовых перевозок позволит выявить функциональные связи

между ними и тем самым применять полученные знания при формировании возможных вариантов управления перевозочной деятельностью.

Предложенные математические решения широко апробированы на фактическом статистическом материале за последний десятилетний период.

6. Разработана модель управления качеством грузовых перевозок на основе многофакторного анализа, отражающая влияние на оборот вагона как отдельных, так двух и более факторов одновременно.

7. На базе разработанной математической модели предложены методы автоматизированного оптимального управления приращением отдельного качественного показателя в зависимости от выделенных инвестиций, что обеспечивает более эффективное их использование. Приведенные расчеты показывают, что эффект выражается в экономии выделенных средств от 7 до 10%.

8. Использование предложенных автоматизированных оптимальных решений и опытное внедрение результатов позволяет повысить качество перевозочной работы железных дорог (оборот вагона) на первом этапе не менее чем на 3% и при промышленном внедрении до 10%.

9. Реализация работы осуществлена на информационной базе автоматизированной системы управления вагонным парком по внедрению новой методики и расчета показателей оборота вагона для Северной железной дороги и для сети в целом. Внедрение результатов исследования отражены в следующих официальных документах:

• «Методические материалы по расчету качественных показателей использования вагонного парка на основе пономерного учета его работы в системе «ДИСПАРК» для Российских железных дорог», (утверждена ЦД МПС 28.06.2001 г.),

• «Технология расчета качественных показателей работы вагонных парков на основе пономерного учета», (утверждена ЦД МПС, 27.09.2002 г.),

• Пересмотр действующих инструкций и инструктивных указаний по учету вагонного парка в связи с переходом на автоматизированный учет по системе ДИСПАРК (Указание МПС от 26.11.02 г. №Н-1115-У),

а также в действующих автоматизированных рабочих местах (АРМах) пользователей различных уровней управления:

• АРМ учета наличия транзитных вагонов по международным стыкам;

• АРМ контроля за дислокацией вагонов стран СНГ и Балтии;

• АРМ взаиморасчетов за совместное использование грузовых вагонов;

• АРМ учета неисправных вагонов и качества их ремонта.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Кузнецов A.B., Макаров В.И. Методика расчета качественных показателей использования вагонного парка на основе пономерного учета его работы. В кн. «Автоматизация управления вагонным парком» (Труды ВНИИЖТ), М., Интекст, 2000г., с.173-181.

2. Тишкин Е.М., Кузнецов A.B., Филипченко С.А. Система автоматизированного пономерного учета, контроля состояния, анализа использования и регулирования вагонного парка «Автоматика, связь, информатика», №6, 2000 г., стр. 18-23.

3. Кузнецов A.B., Филипченко С.А. Система автоматизированного пономерного учета, контроля состояния, анализа использования и регулирования вагонного парка (итоги внедрения), «Автоматика, связь, информатика», №7, 2000, стр.20-22.

4. Кузнецов A.B. Анализ промышленной эксплуатации системы «ДИС-ПАРК» и перспективы ее дальнейшего развития. В кн. «Информационные технологии на железнодорожном транспорте», Санкт-Петербург, 2000, стр. 57-69.

5. Кузнецов A.B. Организация внедрения новых информационных технологий. В кн. «Информационные технологии на железнодорожном транспорте», Санкт-Петербург, 2002, стр. 44.

6. Ивницкий В.А., Кузнецов A.B. Оптимальное управление показателями функционирования железнодорожного транспорта и его подразделений на базе новых информационных технологий. В кн. «Информационные технологии на железнодорожном транспорте», Санкт-Петербург, 2003 , стр. 13.

Подписано к печати 25.11.03г. Печ.л. - 1.3

Печать - ризография. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1\16

Тираж 100 экз. Заказ № 1S.H._

Тип. ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр. 9

Zi

I i

I i

№20 965

2-ооЗМ

<*

л

I

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.

1.1. Исторический обзор отечественного опыта.

1.2. Опыт адаптации автоматизированных методов и технологий в системе управления вагонными парками.

1.3. Зарубежный опыт.

1.4. Недостатки существующей технологии автоматизированного управления вагонным парком по результатам автоматизированного анализа.

2. АНАЛИЗ ОБОРОТА ВАГОНА И ВЫЯВЛЕНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Методика факторного анализа оборота вагона.

3. МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ГРУЗОВЫХ ПЕРЕВОЗОК НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ.

3.1. Выбор и обоснование математического метода анализа и управления качеством перевозок.

3.2. Анализ и управление приращением показателей на примере среднего веса поезда (нетто)).

3.3. Анализ и управление приращением среднего оборота грузового вагона.

3.4. Управление приращением качественных показателей работы (общий случай).

3.5. Увеличение среднего веса поезда с учетом выделенных инвестиций (нетто).

3.6. Оптимальная стратегия ускорения оборота грузового вагона с учетом выделенных инвестиций.

4. ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯМИ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА РАБОТЫ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

4.1. Оптимальное управление приращением первого порядка для одного показателя.

4.2. Оптимальное управление приращением второго порядка для одного показателя.

4.3. Определение функций стоимостных затрат.

Федеральный железнодорожный транспорт является важнейшей составляющей транспортной системы страны. На его долю приходится свыше 80% внутреннего грузооборота и более 43% пассажирооборота. Железные дороги несут главную нагрузку по транспортировке таких грузов, как уголь, руда, черные металлы, лесные грузы, удобрения, перевозят треть нефтепродуктов, товары народного потребления перевозятся в контейнерах и крытых вагонах.

Железнодорожный транспорт - это одна из самых сложных производственных систем в стране: 800 тыс. грузовых и 260 тыс. пассажирских вагонов перемещаются 22 тыс. локомотивами по магистралям, общей протяженность 85 тыс. км., 3,5 тыс. железнодорожных станций осуществляют сортировку вагонов, погрузку и выгрузку грузов, посадку и высадку пассажиров. Здесь трудится 1 млн. 300 тыс. работников разных специальностей.

Для обеспечения управления такой системой создана достаточно сложная информационная среда. Для получения адекватной информационной модели перевозочного процесса необходимо в реальном времени собирать и обрабатывать информацию, непрерывно поступающую более, чем от 20 тыс. АРМ и 15 тыс. устройств автоматики по всей стране. Только терминальных ЭВМ класса «персоналки» на железнодорожном транспорте функционирует более 130 тысяч.

Объем передаваемой и обрабатываемой информации существенно вырос за последнее время. В Министерстве путей сообщения построена масштабная телекоммуникационная сеть. В ее основе -оптоволоконная магистраль большой пропускной способности, дублируемая системой спутниковой связи.

Основу вычислительных ресурсов ГВЦ МПС составляют мэйнфреймы IBM 9672 под управлением QS/390. Все данные размещаются на нескольких дисковых массивах общей емкостью более 4 Тбайт. Более 10 Тбайт отведено на архивную память в роботизированных комплексах.

Требования по производительности вычислительных комплексов и объему их памяти непрерывно растут. Так - совокупная процессорная мощность за последние 4 года увеличилась в 2,9 раза, а общий объем дисковой памяти - в 5,9 раз.

Базу для функционирования большинства информационных систем составляет повагонная модель перевозочного процесса ДИСПАРК. В модели ведется мониторинг по десяткам параметров о вагоне, его дислокации, состоянии и выполняемых с ним операциях. Информация поступает с множества АРМов и непосредственно с устройств автоматики. На базе ДИСПАРК реализован взаимосвязанный комплекс информационных технологий, в том числе:

- управление национальным парком вагонов;

- контроль эффективности работы выделенных родов подвижного состава;

- мониторинг использования вагонов стран СНГ и Балтии в России и российских вагонов в этих странах;

- мониторинг и обеспечение условий работы арендованных и собственных вагонов компаний-операторов;

- обеспечение эффективной системы ремонта вагонов, не по стандартным временным интервалам, как было ранее, а по реальному пробегу. При этом реализовано рациональное распределение вагонов по ремонтным предприятиям в зависимости от места нахождения вагонов, их типа, вида ремонта и очереди на ремонт;

- контроль за соблюдением сроков доставки грузов с упреждающим управлением;

- привязка вагонов к заявкам на перевозку с учетом расположения вагонов, их типа и характера заявок;

- контроль за вагонами на подъездных путях более 20 тысяч предприятий и другие.

Развитая система автоматизированного мониторинга и системы поддержки принятия решений для диспетчеров разного уровня позволили создать новую, динамичную и более эффективную технологию управления вагонным паком. Важным свойством системы является адекватное отражение в вагонных моделях показателей качества работы вагонного парка. В настоящее время качество использования парка грузовых вагонов определяется двумя основными измерителями: оборотом и среднесуточным пробегом вагона. В данной работе предлагаются новые методические решения по расчету и анализу указанных показателей средствами АСУ, что и является конечной целью данной работы.

Одна из важнейших задач управления перевозочным процессом на железнодорожном транспорте Российской Федерации своевременная доставка и строгий контроль за состоянием и перемещением вагонов на дорогах и сети в целом при наименьших затратах перевозимых грузов и удовлетворения растущего спроса на услуги железнодорожного транспорта.

Причем, особое внимание обращается на повышение экономической эффективности работы железнодорожного транспорта, совершенствование организации эксплуатационной работы и ускорения оборота вагона.

Иными словами, чем больше количества груза будет перевезено и, чем чаще будут выполняться перевозки больших объемов, тем выше мы будем иметь доход; чем меньше затраты, тем ниже эксплуатационные расходы и, как результат, достигается максимальная прибыль [9].

В пору века высоких информационных технологий железнодорожный транспорт, проводя постоянный мониторинг в сферах принципиально новых технологических решений, важную роль отводит расширению эффективного использования средств вычислительной техники. Железнодорожный транспорт России все чаще сталкивается с проблемами самого разного характера: разработок комплексов современных информационных технологий, формирования информационного пространства, реализации планов развития автоматизированных систем и их внедрения.

Внедрение принципиально новых технологических решений во все сферы деятельности железнодорожного транспорта и повышения устойчивости его работы -одна из главных стратегических задач развития отрасли: появилась реальная возможность полного перехода на централизованное управление всем комплексом перевозок и транспортных услуг. Необходимость такого шага диктуют не только стремительный рост достижений цивилизации, не только моральное старение прежних методик и систем управления, но и огромные расстояния, различные часовые пояса, через которые проходят российские железные дороги.

1. На основании анализа отечественного и зарубежного опыта в облас ти управления технологическими процессами и производствами показана необ ходимость разработки и перспективность использования системы показателей, характеризующих качество перевозок грузов на железных дорогах, получаемых за счет автоматизации перевозочного процесса средствами АСУ в реальном масштабе времени.2. Предложен основной критерий синтеза оптимальной структуры инфор мационного и программного обеспечения СОД РВ в виде максимума произво дительности системы при заданных эксплуатационных затратах.3. Как показал анализ, использование действующей методики расчета ка чественных показателей работы железных дорог не позволяет получить объек тивную оценку их эксплуатационной деятельности. Так, например, при исполь зовании традиционной методики погрешность при оценке оборота вагона дос тигает до 10%.4. Предложен метод автоматизированного анализа оборота вагона и выявления факторов, влияющих на его изменения в зависимости от: потока, в котором продвигается грузовой вагон, места его дислокации, переработки, вы полнения фузовых операций и др.5. Разработанный метод автоматизированного анализа влияющих фак торов на качество грузовых перевозок позволит выявить функциональные связи между ними и тем самым применять полученные знания при формировании возможных вариантов управления перевозочной деятельностью.Предложенные математические решения широко апробированы на факти ческом статистическом материале за последний десятилетний период.6. Разработана модель управления качеством грузовых перевозок на основе многофакторного анализа, отражающая влияние на оборот вагона как отдельных, так двух и более факторов одновременно.7. На базе разработанной математической модели предложены методы автоматизированного оптимального управления приращением отдельного каче ственного показателя в зависимости от выделенных инвестиций, что обеспечи вает более эффективное их использование. Приведенные расчеты показывают, что эффект выражается в экономии выделенных средств от 7 до 10%.8. Использование предложенных автоматизированных оптимальных ре шений и опытное внедрение результатов позволяет повысить качество перево зочной работы железных дорог (оборот вагона) на первом этапе не менее чем на '

3% и при промышленном внедрении до 10%.9. Реализация работы осуществлена на информационной базе автомати зированной системы управления вагонным парком по внедрению новой мето дики и расчета показателей оборота вагона для Северной железной дороги и для сети в целом. Внедрение результатов исследования отражены в следующих официальных документах: • «Методические материалы по расчету качественных показателей использования вагонного парка на основе пономерного учета его работы в системе «ДИСПАРК» для Российских железных дорог», (утверждена ЦЦ МПС 28.06.2001 г.), • «Технология расчета качественных показателей работы вагонных парков на основе пономерного учета», (утверждена ЦД МПС,

27.09.2002 г.), • Пересмотр действующих инструкций и инструктивных указаний по учету вагонного парка в связи с переходом на автоматизиро ванный учет по системе ДИСПАРК (Указание МПС от 26.11.02 г.№Н-1115-У), а также в действующих автоматизированных рабочих местах (АРМах) пользователей различных уровней управления: • АРМ учета наличия транзитных вагонов по международным стыкам; • АРМ контроля за дислокацией вагонов стран СНГ и Балтии; • АРМ взаиморасчетов за совместное использование грузовых вагонов; • АРМ учета неисправных вагонов и качества их ремонта.

1. Комплексная автоматизированная система управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ) - Под общ. ред. А.П. Петрова М.: Транспорт, 1977г.-600с.

2. Информационные технологии на железнодорожном транспорте /Э.К. Лец-кий, В.И. Панкратов, В.В. Яковлев и др.; Под ред. Э.К. Лецкого, Э.С. Под-давашкина, В.В. Яковлева. М.: УМК МПС России, 2001. - 668с.

3. Буянов В.А., Ратин Г.С. Автоматизированные информационные системы на железнодорожном транспорте М.: Транспорт, 1984. -239с.

4. Автоматизированная система управления железнодорожным транспортом / А.П. Писарев и др. М. 1980. -33с.

5. Кулаев К.В., Тишкин Е.М. Информационная система в сфере управления -М.: Транспорт, 1976. -68 с.

6. Информационная система для управления перевозочным процессом / Под ред. Ратина Г.С. М.: Транспорт, 1989, 240 с.

7. Подцавашкин Э.С. ГВЦ 30 лет. Годы созидания и прогресса //Автоматика, связь, информатика, 2000, № 6. С. 2-7.

8. Писарев А.П. и др. ПКТБ АСУЖТ — 25 лет// Автоматика, телемеханика и связь, 1996, №7. С. 31-40.

9. Тишкин Е.М., Згржебловский B.C., Филипченко С.А. Модель оперативного планирования регулировки порожних вагонов с учетом степени их годности под погрузку АГруды ВНИИУП МПС России. Вып.1. М.: 2002, с.63-71.

10. Тишкин Е.М., Макаров В.М. Расчет показателей использования вагонного парка на основе пономерного учета его работы в системе «ДИСПАРК» /Труды ВНИИУП МПС России. Вып.1. М.: 2002, с. 129-140.

11. Некрашевич В.И. Использование поездных локомотивов в грузовом движении /ВНИИЖТ; БелГУТ. Гомель: БелГУТ, 2001. - 270с.

12. Некрашевич В.И. , Ковалев В.Н., Сальченко B.J1. Улучшение использования локомотивов и организация работы локомотивных бригад //Ж.-д. Транспорт. Сер. «Организация движения и пассажирские перевозки». ЭИ ЦНИИТЭИ МПС. 2001. - Вып. 4. - 3 8с.

13. Крестинин А.В., Козлов Ю.Т. Перспективы развития системы ДИСКОН /Информационные технологии на железнодорожном транспорте: Материалы шестой международной научно-практической конференции Инфот-ранс-2001. -Ростов н/Д: МП Книга. -С.152-155.

14. Белов В.В., Буянов В.А., Рабинович М.Д. Система автоматической идентификации подвижного состава //Автоматика, связь, информатика, 2002, №8, с. 13-17.

15. Козлов П.А. Курс на комплексную автоматизацию сортировочных станций //Автоматика, связь, информатика, 2001, № 1. С. 6-9.

16. Соснов Д.А. Автоматизация управления перевозочным процессом на линейном уровне // Автоматика, связь, информатика, 2002, № 5, с. 26-28.

17. Мишарин А.С. Развитая информационная среда — основа новых технологий на транспорте//Автоматика, связь, информатика, 2001, № 12, с. 2-4.

18. Козлов П.А. Информационные технологии для новой эксплуатационной модели управления перевозками //Автоматика, связь, информатика, 2001, № 4. С. 2-4.

19. Вишняков В.Ф. Роль информационного хранилища в решении задач информатизации отрасли //Автоматика, связь, информатика, 2001, №11. С.2-4.