Тулупов Л.
Автоматизированные системы управления перевозочными процессами на железных дорогах
Утверждено
Главным управлением кадров и учебных заведений МПС в качестве учебного пособии для студентов вузов железнодорожного транспорта
МОСКВА
ТРАНСПОРТ
1991
Тулупов Л. П., Жуковский Е. М., Гусятинер А. М. Автоматизированные системы управления перевозочными процессами на железных дорогах: Учебное пособие для вузов. - Москва: Транспорт, 1991 г.
Изложены основы функциональной части, технического информационного, программного и математического обеспечения автоматизиронанных систем управления на железнодорожном транспорте. Особое внимание уделено управлению на всех уровнях в рамках автоматизированной системы оперативного управления железнодорожными перевозками. Даны рекомендации по проведению практических занятий.
Для студентов вузов по специальностям железнодорожного транспорта, а также рекомендуется руководящим и инженерно-техническим работникам, занятым в управлении перевозочным процессом.
Книгу написали: Л. П. Тулупов - введение, пп. 1.2, 1.3, главу 2, пп. 5.3, 8.1, 8.4; Е. М. Жуковский - главу 3, п. 8.2, приложение 1; А. М. Гусятинер - пп. 4.3, 4.4, 4.5, 4.7, 4.8, 5.1, 5.2, главы 6, 7, приложения 2,3; совместно Л. П. Тулупов и Е. М. Жуковский - п. 1.1; совместно Л. П. Тулупов и А. М. Гусятинер - пп. 4.1, 4.2, 8.3; совместно Е. М. Жуковский и А. М. Гусятинер - пп. 4.6, 5.4.
Рецензенты: д-р техн. наук В. А. Буянов, канд. техн. наук А. Г. Тиличенко
Редактор Б.Х. Цирлин
Технический редактор Е. Г. Алексеева
Корректор-вычитчик В. Н. Яговкина
Корректор Н. Е. Рыдзинская
© Л. П. Тулупов, Е. М. Жуковский, A.M. Гусятанер, 1991
Содержание книги
Автоматизированные системы управления перевозочными процессами на железных дорогах
Введение
Глава 1. Автоматизированная система управления железнодорожным транспортом
1.1. Основные понятия теории управления сложными системами
1.2. Автоматизированные системы управления. Обшие понятия
1.3. Организационная структура АСУЖТ
Глава 2. Функциональная часть АСУЖТ
2.1. Функциональная схема
2.2. Нормирование перевозочного процесса
2.3. Автоматизированная система оперативного управления перевозками
2.4. АСУ сортировочными н грузовыми станциями
2.5 Автоматизированная система резервирования мест и продажи билетов "Экспресс-2"
Глава 3. Техническое обеспечение
3.1. Назначение, структура и состав комплекса технических средств
3.2. Технические средства регистрации, сбора и подготовки данных
3.3. Система передачи данных
3.4. Технические средства обработки данных
3.5. Технические средства выдачи и отображения информации
3.6. Основные направления использования вычислительной техники в АСУЖТ
Глава 4. Информационное обеспечение
4.1. Структура информационного обеспечения
4.2. Кодирование объектов
4.3. Основные типы взаимодействия пользователей с ЭВМ
4.4. Общение с ЭВМ на языке сообщений
4.5. Диалоговые средства общения пользователей с ЭВМ
4.6. Описание технологии
4.7. Концептуальная модель предметной области базы данных
4.8. Логическая модель базы данных
Глава 5. Математическое обеспечение
5.1. Алгоритмы и модели
5.2. Алгоритмы обработки данных
5.3. Ситуационно-эвристический метод прогнозирования показателей эксплуатационной работы (СЭМП)
5.4. Алгоритмы оптимального планирования
Глава 6. Программное обеспечение
6.1. Основные понятия
6.2. Языки и системы программирования
6.3. Системное программное обеспечение
6.4. Структурный подход к разработке программного обеспечения
Глава 7. Экспертные системы
7.1. Экспертные системы на железнодорожном транспорте
7.2. Компоненты ЭС. Сценарий принятия решений
7.3. Продукционный вывод
7.4. Байесовский вывод
Глава 8. Перспективы развития АСУЖТ
8.1. Развитие функциональной части
8.2. Развитие технического обеспечения
8.3. Безбумажная технология
8.4. Оптимизационные задачи интенсивной технологии поездной и грузовой работы (по уровням управления)
Приложение 1. Выбор технических средств информационного пункта
Приложение 2. Контроль сообщений
Приложение 3. Методические указания к практическим работам. Разработка диалоговой программы расчета массы нетто состава на персональном компьютере "Роботрон 1715"
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Железнодорожный транспорт — одна из крупнейших отраслей народного хозяйства СССР, на его долю приходится около 10 % основных производственных фондов страны, в обеспечении его деятельности участвуют почти 4 млн. человек. Железнодорожный транспорт СССР занимает ведущее место в мировой железнодорожной системе. Располагая по протяженности железных дорог мира, он выполняет около 53% объема железнодорожных перевозок.
На железнодорожном транспорте более 10 млн. объектов управления, рассредоточенных на полигоне сети в 148 тыс. км. Необходимость иметь достаточные резервы технических средств, подвижного состава, пропускной способности для своевременного и эффективного маневрирования ими при быстрой смене ситуаций в эксплуатационной обстановке требует высокой организации перевозок. Ошибочное или запоздалое решение влечет за собой перерасход ресурсов, ухудшение использования технических средств, пропускной и провозной способности железных дорог.
Для организации работы железных дорог в оптимальном режиме необходимо прежде всего составить оптимально организовать железнодорожные перевозки и разработать план перевозок грузов, отражающий потребности всех отраслей народного хозяйства. Нужно эффективно распределить грузопотоки между видами транспорта, разместить рационально парки вагонов и локомотивов по полигонам сети, с учетом структуры грузооборота и сезонной неравномерности перевозок непрерывно осуществлять сложное маневрирование грузопотоками и порожними ваго-нопотоками, рационально распределять перевозочную работу между сортировочными станциями и т. п. Эти сложные, многовариантные задачи могут быть успешно решены только с применением ЭВМ.
Начало использования ЭВМ для решения задач эксплуатации железнодорожного транспорта было положено в конце 50-х годов. В начале 60-х годов на машинах первого поколения решались такие задачи, как расчет плана формирования поездов на направлении, прогноз выгрузки на плановые сутки, прокладка "ниток" грузовых поездов в графике, распределение грузопотоков с помощью методов линейного программирования и т. д.
Значительный вклад в организацию развития кибернетики на железнодорожном транспорте внес чл.-корр. АН СССР, Герой Социалистического Труда проф. А. П. Петров. По его инициативе во ВНИИЖТе в 1959 г. было .организовано Отделение вычислительной техники, руководителем которого он работал 18 лет. Под руководством А. П. Петрова в 1960—1964 гг. была разработана и введена в эксплуатацию на Московской железной дороге система автоматизированного учета и оперативного управления перевозочным процессом с применением электронно-вычислительной техники. Система включала вычислительный центр дороги, сеть дистанционной передачи информации на участках Московско-Курского отделения дороги и технологию машинного решения нескольких задач управления, учета, а также пекотрых инженерных задач.
В производственных условиях осуществлялась апробация расчетов: месячных технических норм эксплуатационной работы отделений и дороги в целом; основных показателей суточных планов эксплуатационной работы; работы локомотивов, сортировочных станций; заработной платы и др. Параллельно велись работы апробации (в 1966 г.) опытной системы автоматизации управления движением поездов ("участковый автодиспетчер") на учаечке Люберцы — Черусти.
Выполненные работы позволили теоретически обосновать целесообразность и первоочередность создания сети дорожных кычислитель-ных центров во главе с Главным вычислительным центром МПС (ГВЦ) преимущественно для решения задач организационного управления. Однако имеющиеся в то время на железнодорожном транспорте и поступающие на смену ЭВМ второю поколения не обладали требуемыми параметрами и возможностями для управления технологическими процессами в масштабе реального времени.
В конце 60-х годов создаются лаборатории, а затем вычислительные центры (ВЦ) на Горьковской, Октябрьской, Свердловской, Донецкой дорогах. Появилась первая ЭВМ ("Минск-22"), работающая на сортировочной станции Ленинград-Сортировочный-Московский. В Главном управлении сигнализации и связи МПС в 1966 г. был создан отдел вычислительной техники, который впоследствии был преобразован в управление. Накопленный коллективный опыт и технический потенциал послужили основой для перехода к качественно новому этапу развития — созданию комплексной автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ).
В период 1974—1984 гг. основные фонды хозяйства вычислительной техники возросли в 4 раза. Это позволило объемы работы ВЦ увеличить в 3,8 раза. В 1985 г. на железнодорожном транспорте с помощью ЭВМ ежесуточно обрабатывалось свыше 100 млн. знаков входной информации для решения 30 комплексов задач. В последние годы темп роста начал возрастать.
К 1991 г. все дороги имели ЭВМ 3—4-го поколений. Выделено значительное количество каналов связи между дорожными информационно-вычислительными и линейными подразделениями. Все дороги получили новые мощные модели ЭВМ, средства телеобработки, сотни комплектов аппаратуры передачи данных.
Применение ЭВМ позволяет автоматизировать накопление и анализ огромных объемов оперативной и статистической информации о местонахождении, состоянии и работе подвижного состава. Создаются условия для совершенствования документооборота, учета, планирования и управления. Появляется возможность значительно сократить объем ручных операций и резко поднять производительность труда.
Главные цели АСУЖТ: совершенствование качества управления работой отрасли и, прежде всего, ее эксплуатационной деятельностью; оптимизация всех видов планирования и оперативного руководства работой производственных звеньев; наилучшее использование основных фондов, материальных и трудовых ресурсов; освоение возрастающего объема перевозок; улучшение технико-экономических показателей работы отрасли.
Поэтапно развиваемая АСУЖТ способствует выполнению важнейшей социально-экономической задачи по повышению производительности труда и качества перевозочного процесса, исключению потерь времени, трудовых и материальных ресурсов, в частности простоев поездов, вагонов и локомотивов.
Цель настоящего учебного пособия — помочь студентам факультета "Управление процессами перевозок" освоить основные понятия, принципы и методы организации эксплуатационной работы в условиях функционирования и развития АСУЖТ, показать возможности информационного обеспечения всех уровней управления, приемы разработки и использования результатов решения на ЭВМ задач управления.
Глава 1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ СИСТЕМАМИ
В переводе с греческого термин "система" обозначает целое, состоящее из частей, определенным образом упорядоченных. Существует много определений этого термина. Условимся под системой понимать целостное, упорядоченное множество элементов, связанных между собой взаимными отношениями.
В настоящее время слово "система" употребляется в широком понимании. Это и совокупность взаимосвязанных принципов, лежащих в основе какой-либо теории, например системы счисления. Это и совокупность связанных общей функцией органов, например сигнальная система. Это и объединение элементов, решающих общую задачу, например система связи, единая транспортная система страны, система обработки данных и т. д. Однако общим для всех областей знаний является то, что понятие система предполагает рассмотрение объекта как целого, состоящего из совокупности взаимосвязанных элементов. Взаимодействие элементов системы обеспечивается наличием связей между ними. При изучении и формировании связей между элементами системы пользуются понятиями вход и выход. Через входы элемент подвергается воздействию извне, а через выход сам воздействует на внешнюю среду.
Любую систему можно расчленить на конечное число частей, называемых подсистемами, каждую из которых, в свою очередь, можно разделить на конечное число более мелких подсистем, вплоть до получения подсистем первого уровня —так называемых элементов системы. Элементом системы может быть не только какой-либо реальный объект или его часть, но и ряд его свойств. Поэтому один и тот же объект можно отнести по различным свойствам к разным системам.
Со временем могут изменяться не только значения некоторых переменных систем, но и связи между ними. Следовательно, множество состояний системы можно отобразить множеством значений ее переменных и связей между ними. Изменение состояния системы влияет на состояние ее выходов. Желаемое состояние выходов может быть названо целью системы, а функция, определяющая изменение состояния выходов, - целевой функцией системы. Отклонение фактического состояния выходов от желаемого удобно оценивать с помощью критерия цели.
Любая организационная система, в которой люди и технические средства выполняют определенные функции, не может* функционировать без управления. Известно положение К. Маркса, что всякий совместный труд более или менее значительного числа людей нуждается в управлении, т. е. в особой функции по согласованию действий людей. Без установления и поддержания порядка и организованности, без управления совместная работа людей невозможна. Поэтому управление можно определить как целенаправленное воздействие, обеспечивающее протекание какого-либо процесса в системе и достижение им заданных целей.
Системой управления реализуется процесс управления путем взаимодействия объекта управления него управляющей части (органа управления).
Объект управления осуществляет те или иные работы, действия (например, транспорт выполняет операции по перевозке грузов и пассажиров) для реализации поставленной перед ним цели. Орган управления (ОУ) обеспечивает нормальное функционирование элементов объекта управления в соответствии с избранной целью.
Взаимоотношения между органами управления и управляемым объектом строятся по законам обратной связи: орган управления получает информацию об объекте, анализирует (обрабатывает) ее и при необходимости формирует распорядительную информацию (принимает решение), передает ее на объект управления (рис. 1.1). Таким образом, в основе процесса управления системой лежат информационные процессы.
Система управления железнодорожным транспортом относится к категории больших (сложных) систем. Она включает несколько взаимосвязанных подсистем (управление процессами перевозок, пассажирской работой и др.), соответствующих целям их функционирования, подчиненным общей цели всей системы, и характеризуется иерархичностью (многоступенчатостью) построения с распределением функций управления между соподчиненными частями. Наряду с внутренними связями между частями системы существуют внешние связи с другими системами.
В общем виде технология процесса управления любой системой включает три этапа: сбор, подготовку и передачу информации о состоянии объекта управления; переработку полученной информации с целью получения необходимых решений; выдачу и доведение до исполнителей управляющих предписаний, различной распорядительной информации. Реализация командных предписаний осуществляется людьми или машинами, но эти действия не относятся к управлению — это исполнение, трудовой процесс или автоматическое действие.
Применяемые в настоящее время методы управления производством в значительной степени основаны на искусстве руководителя, его опыте и интуиции. В условиях сложной динамической системы, какой является железнодорожный транспорт, они недостаточно эффективны.
В формировании основ управления особая роль принадлежит научному направлению, называемому кибернетикой. В общем виде кибернетику можно определить как науку об общих законах управления в природе, обществе, живых организмах и машинах. Этим общим является то, что управление любым объектом, различаясь по своим целям, задачам и содержанию, одинаково по форме: оно всегда является процессом преобразования информации. В управлении мы всегда в той или иной форме имеем дело с процессами получения, хранения, передачи, переработки и выдачи информации.
Кибернетика дала принципиально новые методы научного познания систем управления — математическое моделирование, системный анализ, а также мощное техническое средство для решения задач управления — электронные вычислительные машины.
Коротко о моделировании. Копия отображения (в виде словесного описания, рисунка, чертежа, формул, макета и т. д.) исследуемого процесса или объекта управления обобщается в едином понятии модель. Изучение процессов или объектов на их моделях получило название моделирование. Характер используемых моделей определяется целью и выбранным методом моделирования. Различают модели материальные и абстрактные.
Материальная модель — это уменьшенная копия исследуемого процесса или объекта, дающая наглядное представление о его пространственных свойствах, например модель станции, сортировочной горки, какого-либо механизма и др. Сюда же относятся и физические (механические, гидравлические, электрические и др.) модели.
В абстрактных, моделях для описания процесса, объекта используют различного рода символы (буквы, цифры, знаки, формулы, графические изображения и т. д.). В эту группу входят математические и другие модели.
Скачать книгу "Автоматизированные системы управления перевозочными процессами на железных дорогах". Москва, издательство "Транспорт", 1991
|
