автореферат Честа А. В. - Ростовский государственный
реклама
На правах рукописи ЧЕСТА АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ УПРАВЛЕНИЕ ЖИВУЧЕСТЬЮ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И БЕЗОПАСНОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ: ПРИНЦИПЫ, МЕХАНИЗМЫ, ИНСТРУМЕНТЫ Специальности: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте); 05.22.08 – Управление процессами перевозок АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ростов-на-Дону – 2009 2 Диссертация выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС) Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Лябах Николай Николаевич Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор Горелик Владимир Юдаевич кандидат технических наук, профессор Зубков Виктор Николаевич Ведущая организация – Петербургский государственный университет путей сообщения Защита состоится 29 декабря 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 218.010.03 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 27» ноября 2009 г. . Ученый секретарь диссертационного совета Д 218.010.03 доктор технических наук, доцент М.А. Бутакова 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Качество перевозочного процесса на железнодорожном транспорте определяется скоростью и безопасностью доставки грузов и пассажиров к месту назначения. В определенной степени тенденции изменения этих показателей имеют взаимно противоречивые направления. Попытка увеличения скорости перевозки снижает ее безопасность, а повышение безопасности может быть достигнуто снижением скорости перемещения грузов и пассажиров. В этой связи эти показатели следует учитывать и рассматривать одновременно при постановке и реализации целей управления железнодорожной транспортной системой страны. Безопасность движения не следует сводить только к надежности и безотказности функционирования устройств железнодорожного транспорта. Она должна пониматься гораздо шире, быть органически связана с живучестью как системы в целом, так и ее отдельных подразделений. Дополнительно при рассмотрении указанных категорий (живучесть и безопасность) необходимо учитывать организационные, экономические, технико-технологические, правовые и даже политические аспекты функционирования транспортного комплекса страны. Например, в рыночных условиях функционирования отрасли ее конкурентоспособность (экономический показатель) прямо выступает как фактор живучести и безопасности. Действительно, снижение конкурентоспособности железнодорожного транспорта уменьшает грузопотоки по железным дорогам в пользу иных транспортных систем (автомобильного, трубопроводного, воздушного, водного), финансовые поступления и как следствие возможности развития, в том числе и систем безопасности. В этой связи в работе актуализируются нетрадиционные для исследования живучести железнодорожной отрасли и безопасности движения сферы: менеджмент управления, организационно-экономические (инфраструктура и критерии функционирования), технико-технологические и иные аспекты. Безусловно, что и скорость и безопасность движения в первую очередь зависят от надежности функционирования систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ). Отказы данных систем приводят к задержкам поездов, а в худшем случае могут приводить к аварийным ситуациям и катастрофам. Вместе с тем, обеспечение высокого уровня безотказности и безопасности СЖАТ является непростой научно-технической проблемой. Трудности ее решения определяют особенности СЖАТ: непрерывный характер работы во времени; длительный срок службы; широкое распространение систем по всей стране; серийное производство систем в больших количествах на электротехнических заводах; сложные (и различные по зонам и регионам) климатические; динамические и электромагнитные условия работы. 4 В этой связи особое значение в настоящее время приобретает проблема доказательства и оценки живучести и безопасности СЖАТ. Ранее при разработке механических и релейных систем диагностики и управления эта проблема в строгой постановке не ставилась1. Особое значение эта проблема имеет для систем горочной автоматизации: если системы обеспечения безопасности на участках движения доведены до четвертого (наивысшего) уровня, то в данной сфере присутствует и второй и даже первый уровни. Остроту проблеме придает расширяющаяся интеграция России в мировое экономическое сообщество. По ее территории проходят важнейшие транспортные коридоры. В связи с этим механизмы и уровни обеспечения безопасности на дорогах мира и России должны быть согласованы. В недостаточной мере в науке и практике управления железнодорожным транспортом представлены системы обеспечения живучести и безопасности, основанные на интеллектуализации основных технологических и управленческих процессов. Степень разработанности проблемы. Значительный вклад в разрешение задач автоматизации управления перевозочным процессом, обеспечения безопасности движения поездов с помощью средств автоматики, телемеханики и связи внесли известные ученые: В.М. Алексеев, В.М. Абрамов, Л.А. Баранов, И.В. Беляков, П.Ф. Бестемьянов, А.М. Брылеев, М.Н. Василенко, А.В. Горелик, В.Ю. Горелик, Д.В. Гавзов, И.Е. Дмитренко, В.Н. Зубков, В.Н. Иванченко, Н.Ф. Котляренко, Ю.А. Кравцов, И.М. Кокурин, В.М. Лисенков, Н.К. Модин, Б.Д. Никифоров, А.С. Переборов, Н.Ф. Пенкин, С.М. Резер, Е.Н. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д.В. Шалягин, В.И. Шаманов, В.И. Шелухин и многие другие. Проблемы интеграции отечественного железнодорожного транспорта в рыночные условия хозяйствования, конкурентоспособного и эффективного развития в системе мирового экономического хозяйства раскрыты в работах стратегического менеджмента отрасли В.И. Якунина, В.А. Гапановича, В.М. Кайнова, С.Е. Ададурова, А.Г. Тишанина. Математические вопросы общей теории надежности и решение соответствующих прикладных задач опубликовали в своих трудах Ю.К. Беляев, А.И. Берг, Н.Г. Бруевич, Б.В. Гнеденко, Г.В. Дружинин, А.М. Половко, Д. Нейман, А. Пирс, К. Барлоу, С. Прошан и другие специалисты. Работы этих ученых послужили основой исследований, посвященных надежности и безопасности систем железнодорожной автоматики. Вместе с тем, в настоящее время широкий спектр затронутых проблем функционирования железнодорожного транспорта рассматривается в научной литературе обособленно, вне связи друг с другом. Кроме того, требуют Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебное пособие для вузов ж.д. трансп. / Под ред. Вл.В. Сапожникова. – М.: Маршрут, 2003. – 263 с. 1 5 рассмотрения через призму безопасности движения стратегические задачи развития отрасли, поставленные высшим менеджментом ОАО «РЖД»: - управление компанией на основе учета экономических критериев; - инновационное развитие отрасли. Это определило цель и задачи исследования. Цель диссертационного исследования – разработка принципов, механизмов и технологий обеспечения живучести систем железнодорожного транспорта и безопасности движения поездов. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: проанализировать состояние и перспективы развития систем безопасности, механизмов обеспечения живучести на железнодорожном транспорте, сформировав актуальные направления научного исследования; развить категориальный аппарат исследования и осуществить классификацию факторов обеспечения безопасности функционирования железнодорожного транспорта; разработать концепцию управления безопасностью движения поездов; разработать алгоритмы и математический аппарат мониторинга и управления живучестью систем железнодорожного транспорта и безопасностью движения; усовершенствовать организационно-экономическое и техникотехнологическое обеспечение живучести и безопасности функционирования отрасли; внедрить разработанные в диссертации методы и методики в практику деятельности отрасли, научные исследования и учебный процесс. Объект исследования: объекты инфраструктуры железнодорожной отрасли, осуществляющей перевозку грузов и людей, обеспечивающие системы и устройства. Предмет исследования: организационные механизмы и математические методы обеспечения живучести и безопасности функционирования железнодорожного транспортного комплекса в целом, его отдельных подсистем и устройств. Исследования проводились в рамках следующих пунктов паспортов заявленных специальностей: - по специальности 05.13.06 – автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте): п. 4 - «Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация», п. 13 - «Теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации»; - по специальности 05.22.08 – управление процессами перевозок: п. 6 «Методология и системы обеспечения безопасности движения». 6 Рабочая гипотеза исследования: Повышение живучести систем железнодорожного транспорта и безопасности движения поездов предполагается осуществить за счет: а) развития комплексного подхода к решению проблемы, включающего организационное, экономическое, методологическое (математические аспекты, нормативные), техническое, технологическое обеспечение. б) изменения парадигмы обеспечения живучести и безопасности. Переход от концепции недопущения сбоев и восстановления работоспособности и безопасности к управлению живучестью и безопасностью. Новая парадигма включает: мониторинг живучести и безопасности текущей и будущей (моделирование динамики и прогноз), упреждающее управление этими показателями. в) интеллектуализации систем и процедур управления движением поездов. Положения, выносимые на защиту: 1. Обеспечение живучести систем железнодорожного транспорта и безопасности движения на железных дорогах страны тесным образом связано с экономическим состоянием отрасли в целом (необходимо выстроить устойчивый транспортный ценоз), и субъектов рынка транспортных услуг, в частности, а также с уровнем развития менеджмента соответствующих организаций, что требует расширения исследований на сферы организации транспортных услуг, экономики, политики корпоративного строительства. 2. Дальнейшее развитие теории живучести и безопасности транспортных процессов и объектов невозможно без совершенствования формализованных (математических) подходов к анализу состояния и тенденций изменения параметров живучести и безопасности, синтезу соответствующих систем управления. 3. Основной руководящей идеей современного периода развития теории живучести систем автоматизации на транспорте и безопасности движения должна стать прогнозируемая и гарантированная безопасность. Она обеспечивается комплексом мер, предусматривающих разработку специальной схемы упреждения нежелательного состояния (поэтапной, контролируемой потери соответствующего качества). 4. Политика отрасли в данной сфере должна предусматривать переход от планово-периодического, эксплуатируемого сегодня, к плановопрогнозируемому контролю живучести и безопасности. 5. В основу обеспечения живучести и безопасности транспортного обслуживания экономики страны и ее населения следует положить идею интеллектуализации процессов мониторинга, контроля, диагностики и управления транспортными процессами. Научная новизна исследований: 1. Усовершенствован категориальный аппарат исследования, введением векторного представления о живучести и безопасности транспортных систем, обобщающего существующие постановки задачи. Введено определение 7 живучести транспортных систем для непрерывно меняющегося критического параметра исследования (например: времени, скорости и т.д.). 2. Разработана авторская концепция обеспечения живучести и безопасности железнодорожного транспорта, основанная на синтезе адаптивного алгоритма, включающего процедуры: - управления по обратной связи; - по возмущению; - упреждающего управления по прогнозу состояния. Внедрение этой концепции позволит перейти от нормативно-планового обеспечения заданных уровней безопасности и живучести к управлению по состоянию объекта. 3. Систематизированы и развиты модели многокритериального анализа безопасности и живучести, включающие комплекс методов: свертки, главного критерия, максимальной алгоритмической надежности, Парето, минимизации риска, композиции критериев. Рассмотренный комплекс позволяет решить задачи оценки и управления безопасностью и живучестью объекта при различных условиях его функционирования. 4. Выведены расчетные формулы параметров живучести систем массового обслуживания для последовательного и параллельного соединения элементов сети, а также исследована живучесть резервируемых систем железнодорожного транспорта. 5. Разработан итеративный алгоритм мониторинга безопасности в АСУ железнодорожного транспорта, включающий механизмы пассивной и активной диагностики объекта исследования. 6. Предложены методы и механизмы интеллектуализации сортировочных процессов, обеспечивающие повышение надежности и качества функционирования сортировочных горок (СГ). 7. Усовершенствованы схема и принципы обеспечения безопасности на железных дорогах Европы. 8. Предложено организационно-экономическое обеспечение безопасности отрасли, основывающееся на анализе рисков развития и создании транспортного ценоза. 9. Разработана новая идеология управления живучестью и безопасностью процесса роспуска составов на сортировочных горках сортировочных станций, основанная на многокритериальном анализе процессов роспуска и внедрении элементов интеллектуализации. Теоретико-методологической основой диссертационного исследования явились научные труды отечественных и зарубежных ученых по данной проблеме, специалистов по управлению живучестью систем автоматизации транспортных процессов и безопасностью движения на транспорте. В данном диссертационном исследовании использовались принципы системного (структурно-функционального) и сравнительного анализов, теория массового обслуживания, статистические методы (корреляционнорегрессионный анализ), теория нечетких множеств, позволяющая формализовать опыт и интуицию специалистов по управлению, имитационное 8 моделирование, обеспечивающее реализацию сценарного подхода к управлению. Информационно-эмпирической базой исследования послужили данные периодической печати, результаты научных исследований, опубликованные в специальной литературе, статистические наблюдения и результаты экспертного опроса специалистов. Теоретическая ценность диссертационного исследования заключается в разработке элементов теории идентификации и прогнозирования развития параметров живучести и безопасности транспортных объектов, алгоритмов синтеза систем управления их живучестью и безопасностью. Разрабатываемые подходы и методы обладают универсальностью и их можно использовать в иных различных сферах производственной деятельности. Практическая значимость исследования состоит в том, что его основные методологические и методические выводы, инструментарий не ограничены рамками примеров, приведенных по тексту теоретического материала. В работе осуществлено развитие конкретных, практически значимых вопросов по совершенствованию системы общеевропейской безопасности, обеспечению организационно-экономической безопасности отрасли, а также живучести и безопасности сортировочных процессов на сортировочных станциях. Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры «Информатика» РГУПС, Всероссийской научно-практической конференции РГУПС «Транспорт-2008», 2008 г., конференциях РГУПС «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта», 2008 г., 2009 г. Результаты диссертационного исследования внедрены в научных разработках НИИАС и в учебном процессе РГУПС. Публикации по теме. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, общим объемом 3,7 п. л. (авторских 2,3 п.л.). Структура и объем работы. Диссертация имеет традиционную структуру и состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений. Она содержит 163 стр. машинописного текста, 25 рисунков, 8 таблиц, и библиографию, содержащую 134 наименований. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранной темы, проанализирована степень ее разработанности, сформулированы цели, предмет и задачи исследования, раскрыты положения, выносимые на защиту, научная новизна, теоретическая и практическая ценность предложений и выводов, сформулированных в работе. В первой главе «Разработка концепции обеспечения живучести и безопасности железнодорожного транспорта» дан анализ категориального аппарата исследования. В частности исследовались категории «надежность», «живучесть транспортных систем», «безопасность движения», рассмотрен 9 полный спектр проблем обеспечения живучести и безопасности транспортных систем. На основании анализа категориального аппарата и выявления связей между основными показателями перевозочного процесса сделан вывод о необходимости приоритетного исследования живучести и безопасности перед надежностью. Последнее понятие, отражая свойства технических систем, менее подходяще к выбранному объекту исследования: железнодорожной отрасли и совокупности ее подсистем. Уточнены категории живучести и безопасности систем железнодорожного транспорта. В частности, принята следующая логика представления о живучести сложного объекта: каждое существующее определение признается верным, но отражающим определенную часть свойств исследуемого объекта. То есть живучесть системы в нашем понимании это векторная величина. Необходимо для адекватности исследования обеспечить полный набор частных определений, всесторонне описывающих сложное исследуемое понятие: G = (G1, G2, …, Gk). (1) Вводится иерархическое представление о живучести, учитывающее важность определяющих свойств, и расширяется известное определение живучести на случай непрерывного изменения исследуемого параметра х (время, скорость, финансы и пр.): G = ∫ав W(х)ƒ(х)dх / ∫ВА хƒ(х)dх. (2) В (2) х – параметр, изменяющий живучесть системы, А, В - допустимые границы изменения параметра, а, в – реальное изменение параметра, W – степень работоспособности при заданном значении параметра х. Безопасность сложных транспортных систем характеризуется вектором, аналогичным вектору живучести (1): В = (В1, В2, ..., Вm), (3) параметры которого также изменяются, в общем, разнонаправлено (улучшение одних может приводить к ухудшению других). В (3) обозначено В1 – организационная безопасность, В2 – экономическая безопасность, В3 – технологическая безопасность и т.д. Системный подход к проблеме требует объединить вектора (1) и (3) в один вектор: J = (J1, J2, ..., Jk+m). (4) На основе анализа организационной составляющей безопасности движения сделан вывод, о том что в процессе реструктуризации отрасли недостаточно внимания уделяется стратегическому и оперативному уровням, а также обоснована необходимость выстраивания структуры ОАО «РЖД» с помощью категорий теории ценозов. Нужен транспортный ценоз, включающий производителей и потребителей транспортных услуг, учитывающий интересы государства и регионов. Дан анализ спектра факторов безопасности функционирования железнодорожной отрасли (политического, организационного, экономического, технического и др.) и сформулированы задачи повышения организационноэкономической безопасности отрасли. 10 Формализована (алгоритмизирована) существующая логика обеспечения безопасности движения. Развит акцент на адаптивное управление безопасностью по изменению состояния среды и управляемого технологического процесса (рис. 1). Проанализирована предполагаемая в работе концепция повышения безопасности движения поездов. Ретроспективный мониторинг безопасности движения Формирование системы критериев безопасности Установление нормативов различных уровней безопасности Мониторинг текущего состояния безопасности 1 Оценка достигнутой степени безопасности 2 3 + Разработка мер по обеспечению нормативной безопасности Реализация мер Рис. 1. Адаптивный алгоритм обеспечения безопасности движения Во второй главе «Модели, методы и механизмы управления живучестью систем железнодорожного транспорта и безопасностью движения» актуализирована задача разработки риск-менеджмента отрасли, 11 акцентирующего роль проектной организации работ по обеспечению качества и эффективности перевозочного процесса. Адаптирована существующая методика оценки риска выполнения инновационного проекта коллективом вуза для оценки надежности менеджмента организации железнодорожной отрасли. Проклассифицированы риски деятельности железнодорожной отрасли (производственные, социальные, экономические и пр.). Проанализированы подходы и методы оценки и управления рисками. Развита концепция упреждающего управления безопасностью движения (рис. 2). Ретроспективный мониторинг безопасности движения Расчет аналитических зависимостей критериев Прогноз значений критериев Jin Сравнение с нормативными значениями Выработка управляющих воздействий Рис. 2. Упреждающее управление безопасностью движения Выполнена постановка многокритериальной оценки безопасности на примере экономических критериев: максимизация прибыли и минимизация себестоимости деятельности организации железнодорожной отрасли. Развивается векторное понятие «производительности организации». Дан анализ методов решения многокритериальных задач. В частности, рассмотрены методы: свертки критериев, выделения главного критерия, Парето, максимальной алгоритмической надежности, минимизации риска, композиции нечетких множеств. Спектр методов необходим в силу различных предпочтений ЛПР и различных же условий функционирования объектов автоматизации. Представленные методы проиллюстрированы конкретными примерами. Усовершенствованы методы минимизации риска на основе 12 рассмотрения гарантированных сценариев развития (табл. 1, формула (5)) и принятия решений с помощью композиции нечетких множеств (6). Таблица 1 Исходные данные стратегии принятия решений по минимуму риска V1 V2 … Vn S1 a11 а12 … a1n ... … … … … Sm am1 am2 … amn mini ai1 ai2 … ain Vj Si Сj = ∑ λi aij. jопт = argmaxj∑ λi aij. (5) jопт = arg maxj mini aij . (6) Исследована живучесть систем массового обслуживания на железнодорожном транспорте. В частности: выведены зависимости общей живучести системы от живучести ее элементов при их последовательном и параллельном соединении: Gпос = G1 G2, Gпар = G1 K1 + G2 K2, (7) где Кi – доли производительности каналов в общей производительности системы. Рассчитана живучесть резервируемой системы: G = ∑Рj (n-j) , j = 0, 1, …, n-1, (8) где n – число параллельно включенных элементов, Рj – вероятность того, что j элементарных каналов не работает. В третьей главе «Обеспечение технико-технологической и организационной живучести и безопасности отрасли» предлагается изменить структуру и ввести дополнительные функции АСУ, включающие установку «сторожевых постов» на «подступах» к ядру системы, демпфирование «атак» внешней среды и компенсацию ненормативных внутренних воздействий системы на среду, «предоставление» ложных объектов для «атак» внешней среды, потеря дееспособности которых послужит индикатором для включения экстренных мер защиты (например, закрытия ядра системы), установку программ активного тестирования существующего уровня информационной безопасности, имитирующих возможные воздействия внешней среды, что позволит развить систему защиты по принципу прививки организма человека от инфекционных заболеваний. Проанализированы жизненный цикл и задачи информационных систем на предприятии. Разработан адаптивный алгоритм обеспечения безопасности АСУ (рис. 3), включающий механизмы пассивной и активной диагностики, индикативный и репрезентативный мониторинг. 13 Постановка целей мониторинга безопасности Разработка методики Индикативный мониторинг (ИМ) + Анализ результатов ИМ Репрезентативный мониторинг (РМ) Анализ результатов РМ + Расчет и управление изменениями Рис. 3. Алгоритм мониторинга безопасности в АСУ Проведен анализ роли интеллектуальных систем на транспорте для повышения живучести и безопасности транспортных систем. Предложен ряд усовершенствований, обеспечивающих системное повышение живучести и безопасности интеллектуальных транспортных систем. В частности, в задаче управления третьей тормозной позицией сортировочной горки введено понятие управляемой ситуации, характеризуемой парой: Si = (Ti, Li). (9) В соотношении (9) T означает тип бегуна, например, Х – хороший, С – средний, П – плохой. Переменная L определяет расстояние до точки прицеливания. Индекс i – номер исследуемой ситуации. 14 Предполагается, что число возможных ситуаций ограничено. Действительно, масса и подшипник отцепа, определяющие его ходовые свойства принимают дискретные значения на ограниченных промежутках, измерение длины аналогично предыдущему дискретно по числу свободных участков рельсовой цепи. Управляющим воздействием является скорость выхода отцепа Vj из тормозной позиции (ТП). Эта величина также может рассматриваться как дискретная в силу того, что существует ошибка вытормаживания отцепов на ТП. Введенные предположения позволяют построить таблицу 2 соответствий, складывающихся на ТП ситуаций и возможных вариантов управлений. Таблица 2 Статистика управления отцепами на ТП Vj V1 V2 … Vm … … … … (n11m, n21m, n31m) (n12m, n22m, n32m) … 1 2 (n nm, n nm, n3nm) Si (n111, n211, n311) (n112, n212, n312) (n121, n221, n321) (n122, n222, n322) … … 1 2 3 1 (n n1, n n1, n n1) (n n2, n2n2, n3n2) S1 S2 … Sn Таблица заполняется по результатам статистических наблюдений за исследуемым процессом. В поле таблицы компоненты вектора (n1ij, n2ij, n3ij) означают соответственно: число правильно скатившихся отцепов, число образовавшихся «окон», число роспусков отцепов с превышением допустимой скорости соударения. По результатам наблюдений табл. 2 легко рассчитывается таблица соответствующих вероятностей: (р1ij, р2ij, р3ij), (10) где ркij = nкij / (n1ij + n2ij + n3ij). Эти вероятности означают соответственно долю правильных роспусков отцепов и риски образования «окон» или боя вагонов и грузов в паре (Si , Vj), то есть, если в ситуации Si применили управление Vj. В таблице 3 приведен конкретный пример при n = 3 и m = 4. Таблица 3 Вероятности возникновения пар «ситуация - управление» (Si , Vj) Vj V1 V2 V3 V4 (0,1; 0,3; 0,6) (0,2; 0,4; 0,4) (0,4; 0,4; 0,2) (0,2; 0,5; 0,3) (0,3; 0,4; 0,3) (0,5; 0,4; 0,1) (0,4; 0,4; 0,2) (0,5; 0,4; 0,1) (0,3; 0,3; 0,4) (0,5; 0,3; 0,2) (0,3; 0,5; 0,2) (0,3; 0,4; 0,3) Si S1 S2 S3 15 Рассматриваемые три ситуации могут соответствовать трем типам отцепов Х, С, П при постоянном расстоянии L. Исследуем некоторые случаи выбора управления. Если сложилась ситуация S1 , то очевидно, что наилучшим управлением будет V4. При этом с минимальной вероятностью образуются «окна» и бой вагонов и с максимальной вероятностью будет обеспечено надежное сцепление отцепа с составом в парке формирования (ПФ). Если сложилась ситуация S3 , то по критериям нормального сцепления и минимизации боя следует выбрать решение V2, а по критерию минимизации «окон» необходимо использовать решение V3. В силу неопределенности характеристик отцепа его принадлежность к выделенным типам Х, С и П, а следовательно и к ситуациям S1, S2, S3 в ряде случаев достоверно определить не удается. Пусть известны вероятности этих ситуаций: q1 , q2 , q3. Требуется обеспечить наилучшее управление отцепом на ТП «в среднем». Для этой цели используются следующие соотношения, трактующие величины (р1ij, р2ij, р3ij) как «цену» принятия того или иного решения. При удовлетворении требования наилучшего сцепления отцепов в ПФ: jопт1 = arg maxj ∑1n qi р1ij . (11) При необходимости минимизации размеров «окон»: jопт2 = arg minj ∑1n qi р2ij . (12) При минимизации потерь от боя вагонов и грузов: jопт3 = arg minj ∑1n qi р3ij . (13) Пусть в примере таблицы 3 известны вероятности принадлежности отцепа к ситуациям S1, S2, S3, соответственно равны: 0,3; 0,5; 0,2. Результаты расчетов по формулам (3) – (5) дают следующие результаты: jопт1 = arg max(0,21; 0,31; 0,43; 0,36) = 3, jопт2 = arg min(0,37; 0,43; 0,38; 0,42) = 1, jопт3 = arg min(0,46; 0,26; 0,19; 0,22) = 3. Лучший результат по надежному сцеплению и минимум боя дает вариант jопт = 3, а лучшим с точки зрения минимума «окон» дает вариант jопт =1. Следует отметить, что различие первого и третьего вариантов управления по второму критерию незначительно. Предлагается интеллектуально функционирующий механизм статистического анализа неопределенной ситуации и формирование на его базе советующего устройства, позволяющего снизить влияние неопределенности и учесть нестационарность процесса. Рассматриваются функции и задачи контроллинга в свете обеспечения живучести и безопасности функционирования организационных систем, а также способы обеспечения информационной безопасности соответствующих АСУ. В четвертой главе «Прикладные аспекты обеспечения живучести систем железнодорожного транспорта и безопасности движения» проанализировано состояние и развиты технологии обеспечения безопасности движения поездов 16 на европейских железных дорогах, опирающиеся на разработанную автором схему управления рисками (рис. 4). Мониторинг деятельности и анализ угроз Определение назначения системы (установление нормативных значений риска) Определение и оценка риска (расчет) Реалии Да Риск пренебрежим? Нормативы Нет Разработка мер снижения риска Реализация мер снижения риска Рис. 4. Схема управления рисками На железнодорожном транспорте предлагается использовать формализмы ценологического подхода для формирования устойчивой по различным параметрам (размеру предприятия по количеству сотрудников, валовому доходу, формам собственности, отношению к инновациям и т.д.) целесообразной, самоорганизующейся инфраструктуры отрасли. Разработан алгоритм ценологического анализа. Предлагается методология согласования отраслевых и корпоративных интересов, учитывающая риски организации, партнера, макроэкономические риски. Вводится векторный критерий оценки производительности организации, включающий комплекс экономических и производственных показателей: прибыльность предприятия, себестоимость и качество производимых транспортных услуг, спектр и объемы услуг и т.д. Собственно 17 производительность труда является одной из компонент этого вектора. Реструктуризация считается целесообразной, если происходит «улучшение» значений векторного критерия. Разработана концепция управления живучестью и безопасностью процесса роспуска составов на сортировочных горках, учитывающая один показатель живучести J1 = fж и два показателя безопасности: J2 = fтб – технологической безопасности, J3 = fэб – экономической безопасности, как функции средней скорости роспуска отцепов v на СГ. Выведены соотношения: J1 = fж(v)=(( vк1 - v )/ vк1)0,5 , J2 = fтб(v)=(( vк2 - v )/ vк2)0,5 , J3 = fэб(v) = аv, (14) (показаны на рис. 5), позволяющие реализовать свертку, выделение главного критерия или осуществить минимаксную процедуру принятия решений (табл. 4). f 1 fэб fтб 0 VK1 VK2 V Рис. 5. Графическое представление живучести fж , технологической fтб и экономической fэб безопасности роспуска в зависимости от ее скорости Таблица 4 Пример максиминного принятия решений V fж(v) fтб(v) fэб(v) Min 2 0,85 0,9 0,4 0,4 3 0,7 0,8 0,6 0,6 3,5 0,65 0,75 0,65 0,65 4 0,5 0,7 0,8 0,5 4,5 0,35 0,6 0,9 0.35 5 0 0,55 1 0 V = arg maxi minj aij = 3,5. По результатам натурных наблюдений, заданных таблицей, аналогичной табл. 4 (точки на рис. 6), отражающих статистику наблюдений зависимости прибыли J1 и себестоимости J2 от скорости отцепа, построены аналитические 18 зависимости (16) и (17). Замечание: предварительно данные масштабированы по формулам: J1 = (P - minP)/(maxP - minP) и J1 = (S - min S)/(max S - min S). были (15) Таблица 5 Результаты анализа зависимости значений критериев от скорости скатывания отцепов v 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0,32 0,02 0,55 0,04 0,68 0,08 0,84 0,14 0,94 0,25 0,98 0,36 1,00 0,50 Ji J1 J2 Ji 1 0,6 J2 0,4 J1 0 1 2 3 4 5 V Рис. 6. Графическое представление критериев живучести и безопасности J1 = – 0,4 + 0,56v – 0,05 v2 , (16) 2 J2 = 0,12 – 0,14v + 0,05 v . (17) На критерии были наложены ограничения: J1 = P > 0,6, J2 = S < 0,4 . (18) Первое ограничение дает интервал значений скоростей (2,2; 9), второе – (0; 3,96). Их пересечение: (2,2; 3,96). Максимальная живучесть обеспечивается серединой этого интервала, то есть скоростью v=3,08 м/сек. Реализация данного метода при табличном задании данных (табл. 5) приводит к аналогичному результату v=3 м/сек. В работе рассмотрен широкий круг вопросов, касающийся безопасности движения и живучести систем железнодорожного транспорта. Систематизация затронутых вопросов, их развитие и внедрение в практику – первостепенные задачи устойчивого и эффективного функционирования отрасли. В заключении диссертационной работы обобщены результаты проведенного исследования, сформулированы выводы и предлагаются практические рекомендации по их реализации. 19 Основные положения и результаты проведенного исследования опубликованы в следующих работах: Статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК 1. Ададуров С.Е., Честа А.В. Живучесть систем массового обслуживания на железнодорожном транспорте // Вестник РГУПС, 2008. – №1. – С. 23-26. 2. Лябах Н.Н., Честа А.В. Развитие методов многокритериального анализа деятельности транспортных систем // Вестник РГУПС, 2009. – № 2. – С. 39-43. Другие работы, в которых опубликованы результаты работы: 3. Честа А.В. Проблемы интеграции железнодорожной отрасли и ее предприятий в рыночные условия хозяйствования // Сборник научных трудов молодых ученых, аспирантов и докторантов РГУПС «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». – Ростов-на-Дону: РГУПС, 2008. – С. 157-161. 4. Честа А.В. Оптимизация деятельности хозяйствующих субъектов на рынке транспортных услуг // Сборник научных трудов молодых ученых, аспирантов и докторантов РГУПС «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». – Ростов-на-Дону: РГУПС, 2008. – С. 164-173. 5. Ададуров С.Е., Ададуров А.С., Честа А.В. Анализ и развитие «Проекта единой методологии оценки риска для обеспечения безопасности на железных дорогах Европы». – М.: РГОТУПС, НТТ – Наука и техника транспорта,– 2008. – № 6 – С. 69-73. 6. Честа А.В. Совершенствование структуры и функций АСУ ЖТ с целью обеспечения информационной безопасности и защиты данных // Всероссийская научно-практическая конференция РГУПС «Транспорт-2008». – Ростов-наДону: РГУПС, 2008. – С. 80-81. 7. Честа А.В. Адаптивное управление транспортными системами на основе минимизации рисков деятельности // Сборник трудов молодых ученых, аспирантов и докторантов РГУПС «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». – Ростов-на-Дону: РГУПС, 2009. – С. 206-208. 8. Афонин К.В., Честа А.В. Управление живучестью и безопасностью процесса роспуска составов на сортировочных горках // Молодой ученый, 2009. – № 12. – С. 24-28. 9. Сарьян А.С., Честа А.В. Обучающиеся алгоритмы управления на железнодорожном транспорте // Молодой ученый, 2009. – № 12. – С. 29-32. Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве /1, 2, 5/ – сбор данных, разработка алгоритмов функционирования, математического обеспечения, проведение имитационного эксперимента, аналитические расчеты; /8, 9/ – постановка задачи, интерпретация результатов вычислений. 20 ЧЕСТА АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ УПРАВЛЕНИЕ ЖИВУЧЕСТЬЮ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И БЕЗОПАСНОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ: ПРИНЦИПЫ, МЕХАНИЗМЫ, ИНСТРУМЕНТЫ Специальности: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте); 05.22.08 – Управление процессами перевозок АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано к печати 23.11.2009 г. Формат бумаги 60 84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1 Уч-изд. л. 1. Тираж 100. Заказ № Ростовский государственный университет путей сообщения. Ризография РГУПС Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2
