CC BY
49
Серiя: TexHÍ4HÍ науки ISSN 2225-6733
3. Akulinichev V.M. Organization of transport on industrial transport. / V.M. Akulinichev. - M. : Transport, 1983. - 219 p. (Rus.)
4. Levin D.Ju. Dispatch centers and the technology of transportation process: ucheb. posobie / D. Ju. Levin. - M. : Marshrut, 2005. - 760 p. (Rus.)
5. Stok Dzh.R. Strategic management of logistics. / Dzh.R. Stok, D M. Lambert. - M. : INFRA-M, 2005. - 797 p. (Rus.)
6. Aleksandrov A.Je. Mathematical model of the automated control system of coordinated delivery of goods. / A.Je. Aleksandrov. - Transport: nauka, tehnika, upravlenie. - 2006. - № 11. - P. 3739. (Rus.)
Рецензент: В.К. Губенко
д-р техн. наук, проф. ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 19.11.2012
УДК 656.2:669.013
Аксёнов М.Л.*
КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
В статье приведена комплексная модель транспортного процесса металлургического предприятия, состоящая из технологических, информационных и управляющих операций. Разработана и построена матрица взаимосвязи операций, на основе которой построена комплексная модель. В работе обоснован принцип разнона-правленности векторов операций управления и информации.
Ключевые слова: модель транспортного процесса, технологические операции, информационные операции, операции управления, матрица взаимосвязи операций.
Аксьонов М.Л. Комплексна модель системи транспортного обслуговування ме-талургшного тдприемства. У статт1 наведена комплексна модель транспортного процесу металургтного тдприемства, що складаеться з технолог1чних, тфо-рмацтних i керуючих операций. Розроблена i побудована матриця взаемозв'язку операций, на основi яког побудована комплексна модель. В роботi обгрунтований принцип рiзноспрямованостi векторiв операцт управлтня та ШформацИ Ключовi слова: модель транспортного процесу, технологiчнi операцИ', тформа-цтт операцИ, операцИ'керування, матриця взаемозв'язку операцт.
M.L. Aksenov. Complex model for the transport service of metallurgical enterprises.
The article provides a comprehensive model of the transport process steel plant, consisting of technology, information and control operations. Designed and built the relationship matrix operations, on which is built a complex model. We justify the principle of multi-directional vectors of operations management and information. Keywords: model the transport process, operations, information operations, operations management, relationship matrix operations.
Постановка проблемы. Промышленный транспорт металлургических предприятий представляет собой сложную динамическую систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимодействующих транспортных и производственных подсистем. Этим системам присущи такие свойства, как многоуровневость структуры, многокритериальность цели, управляемость процессов и их сложная взаимосвязь [1].
Для предприятий металлургической отрасли системы промышленного транспорта играют
ст. преподаватель, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
огромную роль, осуществляя доставку основного сырья и вывоз готовой продукции. Поэтому организация качественных перевозок, эффективное использование подвижного состава, снижение эксплуатационных расходов должны проводиться с использованием последних инновационных научных разработок в этой области. При этом необходимость предусматривать взаимосвязь технологических процессов на транспорте и необходимость построения информационно-аналитических и моделирующих систем поддержки принятия решений при организации перевозочного процесса следует учитывать на всех этапах: прогноз, моделирование, разработка технологических документов, оперативное управление, анализ [2].
Анализ последних исследований и публикаций. Моделированию транспортных процессов посвящено большое количество научных работ. Значительная часть этих трудов связана с исследованиями в области магистрального транспорта. Такие ученые, как А.Т. Осьминин, П.А. Козлов, Т.В. Бутько, Д.В. Ломотько разработали ряд оригинальных методик в области расчета плана формирования поездов, автоматизации расчетов план-графиков, а также создания информационно-управляющих систем на базе моделирования транспортных процессов [3-4].
В области моделирования транспортных процессов металлургических предприятий следует отметить работы Трофимова С.В, Лукьянова В.А., которые с использованием оригинальных операторов «канал» и «бункер» моделируют систему транспортного обслуживания металлургического предприятия [5-6].
С развитием информационных технологий в последние годы наблюдается динамика роста объема информации и, как следствие, увеличивается количество операций связанных с его переработкой. Поэтому очевидно, что модель транспортного процесса металлургического предприятия однозначно должна учитывать не только технологические операции с учетом всех возможных ресурсов и ограничений, но и информационные и операции управления.
Цель статьи - разработка комплексной модели системы транспортного обслуживания металлургического предприятия.
Изложение основного материала. Исследование и оптимизацию работы крупных объектов промышленного железнодорожного транспорта металлургического комплекса во взаимодействии с производством можно выполнить созданием модели транспортного процесса. При ее построении необходимо учесть комплекс предпосылок: модель должна допускать использование частично-формализованных (экспертных) знаний; хорошо отображать технологические и информационные процессы, а также процессы иерархического управления; необходимо достаточно полное описание факторов случайного характера; модель должна быть реализована по ситуационному принципу управления, так как он наиболее соответствует процессам управления в сложных транспортных системах; она должна включать в себя два уровня, один из которых отображает непосредственно перевозочную работу, а другой - управляющую деятельность диспетчеров станций [7, 8]. Для примера рассмотрим двухуровневую систему функционирования ст. Рудная базового металлургического комбината им. Ильича (рис. 1).
Опытные диспетчеры быстро принимают решения в зависимости от сложившийся обстановки, при этом в памяти диспетчера хранится достаточно устойчивый набор решений и условий их принятия. Чем выше иерархический уровень управления, тем более обобщенно представляет диспетчер себе обстановку, которая характеризуется не только количественными, но и качественными параметрами.
Определенную трудность при разработке модели представляет отображение оперативного управления и взаимосвязи операций, существующих в реальной транспортной системе. Это достигается составлением «Матрицы взаимосвязи операций» (табл.), которая устанавливает последовательность выполнения отдельных операций в модели. Таблица разрабатывается на основе существующей технологии.
Технология работы транспортной системы в модели должна быть представлена рядом элементарных операций. В одну операцию выделяется относительно обособленная часть технологического процесса. Например, операция разгрузки, подачи или уборки вагонов с грузового фронта и т.п. При выделении операции необходимо учитывать то обстоятельство, что она не может выполняться по частям. Начинается операция лишь в том случае, если она может полностью завершиться. Операции различаются по характеру отображаемой ими работы (транспорт-но-технологические, информационные, управления) и по совокупности используемых технических устройств, отображаемых в операции элементами модели.
ю
ВНЕШНЯЯ СЕТЬ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
Списывание с натурной ведомости (коммерческий осмотр) 5.4 Осмотр вагонов на чистоту
2.2 (4|2; 5.5) Технический осмотр с расстановкой разметки (технический осмотр)
2.3 (4р; 5.6) При выявлении неисправностей составляются соответствующие акты
2.4 (4.4; 5.7) Ввод информации (коммерческая и техническая разметка) в базу данных/
2.5 Подготовка, печать и передача натурной ведомости
П
5.8 Составление натурной ведомости 5.10 Формирование накладных
1.3 Информация о подходе поезда
Диспетчер ст. Рудная 1.4 Указание вагоноопрокидывателя для разгрузки состава Оператор Агло фабрики
^ 3.1 Согласование разгрузки состава на вагоноопрокидывателях
Собственники подвижного
состава (операторы)
Расцепщик
Машинист вагоно опрокидывателя
3.7 Контроль и списывание подач вагонов под разгрузку
Учетчик
3.8 Ввод информации (время постановка и фактическое время выгрузки вагонов) в базу данных
4.1 После полного накопления вагонов, производит
Дежурный по запись в поездной журнал формы ВУ-14
горке
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
1.7 Прохождение поезда через весы по сформированному маршруту
3.5 Подача состава на вагоно опрокидыватели и разгрузка вагонов
3.6 Постановка вагонов в парк накопления
4.5 Постановка вагонов в парк очистки (очистка вагонов)
5.1 Отправление вагонов в парк сортировки
5.3 Формирование вагонов в сдачу
5.11 Отправление вагонов на внешнюю сеть
Й
ьц ©
I
1
§
I
I
1
ы о
ы "О
О п . "О
VI
сл 2 ы ы ы
(71
■
С\
--4
Н п и я
Рис. 1 - Двухуровневая система функционирования ст. Рудная металлургического комбината им. Ильича
Я Я
Ы (71
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
Таблица
Матрица взаимосвязи операций
1.1[И] 1.2[И] 1.3[И] 1.4[У] 1.5[У] 1.6[У] 1.7[Т] 1.8[И] 19га 2.1[И] 2.2[И] 5.11[Т]
1.1й 0 1[+] 0 0 0 0 0 1[+] 0 0 0 0
1.2[И] 1[-] 0 1[+] 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1.3[И] 0 1[-] 0 1[+] 0 0 0 0 0 0 0 0
1.4[У] 0 0 1[-] 0 1[+] 1(+) 0 0 0 0 0 0
1.5[У] 0 0 0 1[-] 0 1[+] 0 0 0 0 0 0
1.6[У] 0 0 0 1(-) 1[-] 0 1[+] 0 0 0 0 0
1.7[Т] 0 0 0 0 0 1[-] 0 0 1[+] 0 0 0
1.8[И] 1[-] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
19М 0 0 0 0 0 0 1[-] 0 0 1[+] 1[+] 0
2.1[И] 0 0 0 0 0 0 1[-] 0 1[-] 0 1[//] 0
2.2[И] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1[//] 0 0
5.11[Т] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Обозначения к таблице:
[И] - индекс информационной операции
ГУ1
- индекс операции управления
ГТ]
- индекс технологической операции
1[], 1[-] - жесткая связь с последующей и предыдущей операцией соответственно 1(+), 1(-) - слабая связь с последующей и предыдущей операцией соответственно 1[//] - связь между параллельными операциями 0 - отсутствие связи.
Таким образом, множество Ор операций, заданное на множестве X элементов, формирует совокупность изолированных элементарных моделей, каждая из которых функционирует на графе Gj. Графы Gj могут пересекаться. В единое целое элементарные модели объединяет
оператор управления f (t) , который выполняет две функции:
— задает алгебраическую структуру (*3,р( на множестве графов GJ, G = {Gj };
— реализует управление (t) в пространстве состояний St абстрактной модели. Элементом алгебраической структуры является граф Gj, алгебраической бинарной операцией р является сложение графов, которая ассоциативна и коммутативна. Результатом сложения является новый граф, при этом одноименные элементы и связи совмещаются. Максимальным графом является граф идентифицированной абстрактной модели.
Таким образом, оператор управления строит из множества графов Gj структуру конкретной (идентифицированной, настроенной) модели, состоящую из технологической, информационной и управляющей структур. Под структурой здесь понимается граф, вершинами которого являются элементы, а дугами - связи между ними.
В абстрактной модели ситуации задаются в пространстве состоянии. Из теории управления динамическими объектами известно, что в понятие состояния входит не только текущие значения определенных параметров, но и необходимая «предыстория». Поэтому в понятие со-
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
стояния модели будет входить состояние некоторой группы элементов (текущее значение параметров) и информация о том, какая операция выполнялась перед этим (предыстория). Известно, что для принятия решения в каком-то районе системы (например, на станции) не требуется знать состояние всей системы. Значит, состояние модели, необходимое для принятия управляющего решения, однозначно описывается значением лишь некоторых параметров, а именно состоянием некоторого подмножества элементов и типом (номером) последней выполняемой операции. Для различных иерархических уровней состав подмножества может меняться. Поэтому в общем случае необходимо рассматривать множество всех подмножеств.
Пусть X - любое подмножество множества элементов X, X с X, при этом X е 2х . Обозначим через Stx пространство состояний элемента x е X .В описание состояния модели не может входить одновременно два и более состояний элементов, поэтому необходимо найти декартово произведение пространств состояний элементов, входящих в X : St = ^ Stx .
xeX
Тогда пространством состояний модели будет объединение декартовых произведений пространств состояний всех подмножеств множества элементов и множества операций
St = U (St X Op ) . (1)
X е2Х
Ситуацией в модели называется гиперкуб c е C , c с St, ограниченный условиями: Vx, е X, (Si (t) < S? S (t) > S? ), О (t) = О (t) е Op, O? е Op,
где X - множество элементов, участвующих в описании ? -ой ситуации c ; C - множество ситуаций;
S ?, S? - соответственно верхний и нижний пределы, в которых может происходить изменения состояния элемента xt в ситуации c ; O - операция, участвующая в описании c .
Содержательно пространство состояний St разбивается на:
технологическое
StT =
U T(StT XOT)u U(^ XOT)
V X T е2 xT Xy е2хУ у
StT = П Stx , Sty = П Stx , 1T с XT, ly с Xy;
— информационное
St1 =
U (StT x(op uОИ))u U (StM x(op uОИ))
V XT е2х
St1 = ^ Stx , XXИ с ХИ ;
(2)
(3)
управляющее
Sty =
VX' е2-
U (S^ty x(op uОИ))u U (St11 x(op uОИ))
X и е2ХИ
Sty = П Stx, XXy С xy.
(4)
В технологическом пространстве состояний осуществляется вся «технологическая» работа, т.е. выполняются технологические операции и осуществляется динамика состояний технологических элементов (прием и отправление поездов, расформирования и формирования составов, погрузка и выгрузка вагонов и т. п.).
В информационном пространстве происходят информационные процессы - движение информации вверх по уровням с учетом обобщения и обмен сообщениями внутри уровня.
В управляющем пространстве состояний осуществляются управляющие операции и из-
И Г.Х
X" е2
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
меняется состояние управляющих элементов. Таким образом, пространством состояний модели, по сути дела, является подмножество состояний St* = StТ и StИ и StУ.
Следует отметить, что иерархически построенная структура сложных транспортных систем, таких, например, как промышленная грузовая железнодорожная станция, является важной особенностью их организации.
Структура модели £ построена по иерархическому принципу, поэтому в пространствах
состояний Б^ и Б^ вводятся подпространства разных иерархических уровней Б^ = {Б^ },
б^ = {бу}.
Иерархические подпространства информационного пространства состояний вводятся следующим образом. Для нижнего уровня имеем:
( \ ( \
для у =1
БИ =
и (X (01 и ОИ )) и Ц (Б^1 х (ОТ и ОИ1)) , (5)
\ХТ е2хТ У V XИ 1е2хШ У
т.е. информационные операции первого уровня связаны с некоторыми технологическими процессами (источниками сообщений), состоянием технологических элементов (при движении информации вверх) и информационными процессами первого уровня (при обмене сообщениями внутри уровня).
Для всех остальных уровней имеем:
Г Л А Л
у > 1 БИ = и (х(О11/-1 и0И)) и и (Б^7 х(0Иру-1 иОИ/)) . (6)
В этом случае сообщения ОИ7 на более высокий уровень у передается тогда, когда произошли изменения на предыдущем (у -1) уровне (связь с Б^7-1 и О^-1) или на у -том уровне
- при обмене сообщениями внутри уровня (связь с Б^7 и ОИ7).
Иерархические подпространства управляющего пространства определяются иначе. Для верхнего у -ого уровня имеем:
( \
для у =у
Бу =
и ( ~Б^7 х(ОИ7 и ОУу7)) , (7)
Vi•и7e2XИ7 У
т.е. управляющие операции Оу7 (решения) верхнего уровня формируются после соответствующих сообщений (связь с ОИ7) и изменения состояния элементов (связь с Б^7). При выборе решений на других уровнях необходимо учитывать решения, принятые на более высоком уров-
не:
для всех у < у
(
БУ =
Л
(
\
и (БИ х(ОИ/ иОУу7)) и и (БУ х(ОИ/ иОУу7)) . (8)
VXи'е2*И' У VXу7 е2хУу у
Таким образом, управляющая подсистема, состоящая из комплекса управляющих операций (Оу) стратегического, тактического и оперативного управления, на основании которых
ЛПР различных уровней будет принимать эффективные управляющие команды, распространяется от более высокого иерархического уровня к меньшему [9]. Операции информационного пространства (ОИ), напротив, распространяются от нижнего уровня к верхнему (рис. 2).
Ситуации су каждого иерархического уровня - это гиперкубы в подпространстве Б^7,
су с Б^7. Критерии управления полностью задаются разбиением пространства состояний на
ситуации (они «растворены» в ситуациях). Так как на каждом уровне в общем случае задается свое разбиение, то тем самым можно отобразить относительную автономию уровней и несовпадение целей и критериев в системах разного уровня. Так как в описании ситуации участвуют соответствующие информационные элементы, то можно отобразить разную информирован-
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
ность диспетчеров на различных уровнях.
Рис. 2 - Функциональная структура единой модели управления вагонопотоками промышленного предприятия.
Оператор управления f (t) определяет последовательность и условия выполнения технологических, информационных и управляющих операций (определяет моменты времени tJ■ начала выполнения операций и их приоритеты) в зависимости от состояния модели (ситуации).
Таким образом, принципы построения оператора управления позволяют достаточно полно учесть информационные процессы и процессы управления в иерархических транспортных системах.
Выводы
1. Существующие модели функционирования транспорта металлургических предприятий недостаточно эффективны, так как в большей степени не отражают операций информационного и управляющего характера.
2. Приведенная модель, основанная на создании «матрицы взаимосвязи операций», более точно описывает работу промышленного железнодорожного транспорта металлургического предприятия.
3. Исследования показали, что в крупных иерархических системах промышленного транспорта вектор информационных операций противоположно направлен вектору операций управления, поэтому очень важно установить их взаимосвязь путем формирования матрицы связи операций.
Список использованных источников:
1. Баландюк Г.С. Технология работы железнодорожного транспорта металлургических заводов / Г.С. Баландюк, Я.М. Куртуков. - М. : Металлургия, 1985. - 256 с.
2. Кужель А.Л. Новый подход к управлению вагонопотоками / А.Л. Кужель, И.Н. Шапкин, А.Н. Вдовин // Железнодорожный транспорт. - 2010 г. - №10. - С. 19-24.
3. Осьминин А.Т. Развитие теории и методов расчета плана формирования поездов. / А.Т. Осьминин // Железнодорожный транспорт. - 2010 г. - №10. - С. 31-39.
4. Бутько Т.В. Формирование логистической модели обслуживания массовых грузов железнодорожным транспортом необщего пользования / Т.В. Бутько, Д.В. Ломотько, Е.В. Сушарин // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 2010 г. -№1. - С. 55-59.
5. Трофимов В.А. Научно-методические основы функционирования и развития промышленных транспортных систем // Дис. на соиск. уч. ст. докт. техн. наук. - М. : НЦКТП, 2004 г. -245 с.
Серiя: TexHÍ4HÍ науки ISSN 2225-6733
6. Лукьянов В.А. Методика оптимизации взаимодействия промышленного транспорта и основных производств предприятий черной металлургии // Дис. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук - С-Пб. : ПГУПС, 2003 г. - 155 с.
7. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. - М. : Энергоиздат, 1981. - 232 с.
8. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. - М. : Наука, 1986. - 232 с.
9. Маслак А.В. Принципы формирования информационно-управляющей системы внешнего вагонопотока металлургического предприятия / А.В. Маслак, М.Л. Аксенов // Вюник При-азов. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. пр. - Марiуполь, 2010. - Вип. №20. - С. 274-278.
Bibliography:
1. Balandjuk G.S. The technology of rail steel plants / G.S. Balandjuk, Ja.M. Kurtukov. - M. : Metal-lurgija, 1985. - 256 р. (Rus.)
2. Kuzhel A.L. A new approach to the management of wagon / A.L. Kuzhel, I.N. Shapkin, A.N. Vdovin // Zheleznodorozhnyj transport. - 2010. - №10. - Р. 19-24. (Rus.)
3. Osminin A.T. Development of theory and methods for calculating the plan of trains. / A.T. Os-minin // Zheleznodorozhnyj transport. - 2010. - №10. - Р. 31-39. (Rus.)
4. Butko T.V. Formation of logistics service model bulk rail uncommon. / T.V. Butko, D.V. Lo-motko, E.V. Susharin // Informacionno-upravljajuwie sistemy na zheleznodorozhnom transporte. -2010. - №1. - Р. 55-59. (Rus.)
5. Trofimov V.A. Scientific and methodological frameworks for the development of industrial and transportation systems. // Dis. na soisk. uch. st. dokt. tehn. Nauk. - M. : NCKTP, 2004. - 245 р. (Rus.)
6. Lukjanov V.A. Methods to optimize the interaction of industrial transport and basic iron and steel industries // Dis. na soisk. uch. st. kand. tehn. Nauk. - S-Pb: PGUPS, 2003. - 155 р. (Rus.)
7. Pospelov D.A. Logical-linguistic model in control systems. - M. : Jenergoizdat, 1981. - 232 р. (Rus.)
8. Pospelov D.A. Contingency management: theory and practice. - M. : Nauka, 1986. - 232 р. (Rus.)
9. Maslak A.V. Principles of formation of information-management system external wagon steel plant / A.V. Maslak, M.L. Aksenov // Visnik Priazov. derzh. tehn. un-tu: Zb. nauk. pr. - Mariupol, 2010. - Vip. №20. - Р. 274-278. (Rus.)
Рецензент: В.Э. Парунакян
д-р техн. наук, проф. ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 19.11.2012
