CC BY
9Обоснование экономической безопасности железнодорожного транспорта на базе интеллектуальных компьютерных систем оперативного управления движением поездов
г-£
Б
а
2 ©
Никитин Александр Борисович
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ФГБОУ ВО «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I», nikitin@crtc.spb.ru
В статье рассмотрен механизм повышения экономической безопасности железнодорожного транспорта с использованием кибернетических структур систем оперативного управления применительно к организации перевозочного процесса на станциях. Показано, что достигнутый на сегодняшний день уровень автоматизации в системах оперативного управления соответствует низшему, приводимому к моторной деятельности оператора, тогда как наиболее перспективным является тактическое управление на основе планирующих интеллектуальных систем с функциями подсказок (советующие системы), что позволяет снизить потенциальные риски нарушения безопасности движения поездов и повысить эффективность управления перевозочным процессом. Определены составляющие информационной модели станции, а также перечень технологических задач системы управления с «интеллектуальной составляющей». Ключевые слова: экономическая безопасность, железнодорожный транспорт, информационная модель, автоматизированное управление, интеллектуальные системы.
Введение
Проблема обеспечения экономической безопасности железнодорожного транспорта, как важнейшей составной части транспортного комплекса Российской Федерации, является приоритетной и имеет большое стратегическое значение. В настоящее время в условиях нестабильности экономики деятельность железнодорожного транспорта подвержена большому числу рисков, наступление которых может привести к нарушению устойчивости его функционирования. Особого внимания при этом заслуживают вопросы управления рисками нарушения безопасности движения поездов, как основного внутреннего фактора, приводящего к снижению перевозочного потенциала, существенным экономическим потерям, и, в конечном счете, к нарушению экономической безопасности отрасли в целом.
Одним из элементов обеспечения бесперебойного и безопасного перевозочного процесса является внедрение систем оперативного управления движением поездов, позволяющих повысить управляемость технологическими процессами на транспорте и минимизировать риски нарушения безопасности перевозок.
В контексте стратегии экономической безопасности железнодорожного транспорта, которая должна обеспечивать не только защищенность от различного рода рисков и угроз, приводящих к нарушению устойчивого функционирования и развития, но и достаточность и надежность услуг и продукции инфраструктуры [1], использование автоматизированных интеллектуальных компьютерных систем оперативного управления движением поездов позволит снизить риски возникновения сбоев в системе управления, вызванных человеческим фактором, и как следствие избежать дополнительных расходов и финансовых потерь, связанных с наступлением рисковых событий и необходимостью их устранения.
Таким образом, при создании систем оперативного управления актуальным является выбор такой структуры, которая позволит, во-первых, минимизировать участие человека в информационном обмене, во-вторых, сократить функциональное участие человека в процессеуправления.
Современные системы управления технологическими процессами основываются на широком использовании средств вычислительной техники и представляют собой сложные автоматизированные системы управления (АСУ), в которые включены не только технические звенья, но и контуры с участием человека. Человек-оператор является субъектом управления и поэтому от его деятельности зависит функционирование системы в целом. Все кибернетические системы управления с позиции включения человека в контур управления могут быть размещены между двумя типами систем: автоматического и неавтоматического (ручного) управления.
Структуры систем управления
Неавтоматическое управление реализуется человеком на основе данных о ходе технологического процесса, ауправление ведется на основе концептуальной модели, возникающей в сознании человека на основе наблюдения на табло. Вероятность наступления ошибок и сбоев при данной системе управления оценивается как высокая. Тогда как в автоматической системе управление осуществляется на основе заранее заложенной модели, а роль человека сводится к наблюдению, что существенно снижает риски, связанные с действием человеческого фактора.
Классификационным признаком для автоматизированных систем является степень автоматизации, под которой понимается объем функций управления, переданный аппаратно-программному комплексу системы [2]. В наиболее простых системах автоматизируются функции сбора информации и предъявление их человеку-оператору в виде информационной модели на средствах отображения. Например, такая структура управления соответствует работе дежурного по станции, оборудованной электрической централизацией с раздельным управлением стрелками. Несмотря на обеспечение процессов автоматизации для данной структуры управления сохраняются высокие риски нарушения работы системы, связанные с ошибками принятия управленческих решений человеком.
Второй по степени автоматизации является АСУ, роль человека в которой сводится к оперативному вмешательству при обнаружении рассогласования параметров от требуемых, при которых достигается наибольшая эффективность. Этот вид деятельности человека-оператора заключается в поддержании контролируемых им значений в заданных пределах. Примером может служить деятельность пилота при «сле-
пом» полете по заданной траектории без использования автопилота.
Следующую степень автоматизации представляют системы-советчики. В этой системе человеку предъявляется на средствах отображения не только информационная модель ситуации, но и выбранное системой одно из решений. Сравнивая его со своим решением, выработанным на основе собственной концептуальной модели, оператор может согласиться с машинным вариантом или же реализовать свое решение, причем приоритет остается за человеком. Роль человека в этом случае сводится не столько к оперативному, сколько в большей степени к тактическому управлению. Примером реализации этой структуры является АСУ диспетчерского управления с функцией построения прогнозного графика.
Для рассмотренных выше ступней автоматизации уровень рисков нарушений работы системы управления рассматривается каксредний.
И, наконец, четвертый уровень автоматизации предполагает участие человека в разрешении критической ситуации. Система формирует альтернативные варианты решения и отображает их в виде возможных будущих ситуаций. Роль человека в такой системе заключается не только в оперативном или тактическом управлении, но, главным образом, в выработке стратегии управления в целом. Примером таких систем являются системы организационно-административного управления для руководителей высокого ранга иерархии управления, например, главного диспетчера регионального центра управления перевозками. Данная структура управления является наиболее эффективной и характеризуется наименьшим уровнем риска.
В соответствии с представленным структурным анализом АСУ достигнутый уровень в системах оперативного управления движением поездов на стан-
циях на сегодняшний день можно отнести к первому (низшему) из рассмотренных. Реализация функций автоматизации путем более широкого использования средств вычислительной техники именно на уровне взаимодействия с оператором открывает перспективу перехода к тактическому управлению на основе планирования работы станции, что соответствует третьему уровню автоматизации кибернетической системы.
Особенности систем управления движением поездов
Принципиальной особенностью рассматриваемых систем является функционирование в реальном масштабе времени. Это означает, что решение должно вырабатываться по мере поступающих изменений состояния датчиков. Несвоевременность формирования управляющих воздействий влечет снижение эффективности управления, что в свою очередь приводит к сложностям в деятельности оператора в условиях ограниченного лимита времени на выполнение функций управления.
Вторая особенностьзаключается в том, что система управления является замкнутой. Действительно, управляющее воздействие приводит к изменениям в объекте управления, что отражается в новых состояниях контролируемых параметров, т.е. возникает обратная связь между управляющим воздействием и информацией о состоянии объекта управления.
Третья особенность в построении рассматриваемых систем управления состоит в обязательной необходимости формирования модели управления. Однако сложности формализации сбора и обработки информации (до 80% данных персонал получает путем переговоров [3]) требуют безусловного участия человека и его концептуальной модели в контуре управления. Отсутствие полной информационной модели не позволяет решать задачу выработки альтернативных вариантов решений, а, следовательно,
© £
Ю
5
2 е
6
сч £
Б
а
2 ©
применить в полной мере средства искусственного интеллекта. При этом следует учитывать, что сложности формализации сбора и обработки информации приводят к задержкам при выполнении операций, что в свою очередь ведет к увеличению затрат отдельных структурных подразделений, задействованных в процессе управления перевозками, и к потерям в объемах работы станции в целом.
Информационная модель и интеллектуализация перевозочного процесса
В практической деятельности пользователей (оперативного и обслуживающего персонала) информационная модель является источником данных, на основе которых формируется образ реальной поездной обстановки, производится анализ и принимаются решения об управляющих действиях в системе. Полнота описания информационной модели определяет ее адекватность, а, следовательно, и эффективность системы управления. Действительно, чтобы принять решение об установке маршрута предварительно необходимо оценить ситуацию на станции по многим составляющим технологического процесса. Поскольку конечной целью перевозочного процесса является целенаправленное перемещение подвижных единиц (поездов, вагонов, локомотивов), то для организации любого перемещения исходными данными являются точное знание места, назначения, состояния каждой единицы, технологического состояния систем и подразделений, технического состояния устройств.
В общем случае структура информационной модели технологического процесса станции включает локомотивную, вагонную, поездную, техническую и технологическую модели. Источниками информации для динамического функционирования моделей являются, прежде всего, технические средства автоматизации - средства ав-
томатической идентификации подвижных объектов, контроля состояния напольных устройств (стрелок, сигналов, рельсовых участков), устройства обнаружения нагрева букс и др., а также формируемые на основе данных о перемещениях сведения о расположении подвижных единиц на станции.
Трудно формализуемые процессы сбора информации о технологическом положении на станции (динамика процессов погрузки/выгрузки на фронтах, исправность технических средств механизации и др.) компенсируются путем переговоров и запросов данных. Это обстоятельство и предопределяет режим функционирования систем управления движением поездов какавтоматизированный, а исключение персонала на данном этапе в принципе невозможно.
Для обеспечения перехода к третьему уровню автоматизации кибернетической системы и снижения рисков при построении систем управления с «интеллектуальной составляющей» необходимо решение следующих задач:
■ подсказки о возможности реализации команды с целью исключения ошибок, которые в будущем вызовут задержки передвижений;
■ логический контроль технологических событий с активным воздействием на алгоритмы системы управления;
■ формирование прогноза с реализацией автоматического действия на согласованный предстоящий период в несколько часов при условии соблюдения допусков отклонений параметров технологического процесса;
■ подсказки и блокирование состояний в системе при вспомогательном управлении,воз-никновении отказов, иных нештатных ситуациях.
Для каждой из перечисленных задач при программной реализации соответствует набор функций и алгоритмов, который должен быть неотъемлемым атрибутом компьютерной
системы управления, обладающей искусственным интеллектом для организации безопасного перевозочного процесса и снижения возможных угроз нарушения экономической безопасности железнодорожного транспорта.
Заключение
Использование вычислительных средств в системах нового поколения для оперативного управления поездов позволяет расширить функциональные возможности за счет интеллектуальной составляющей принятия решений в программных модулях автоматизированных рабочих мест персонала дежурных по станциям. В контексте экономической безопасности использование интеллектуальной компьютерной системы оперативного управления движением поездов на станциях позволит обеспечить эксплуатационную безопасность работы железнодорожного транспорта и, как следствие, снизить уровень рисков и угроз нарушения безопасности движения поездов, в том числе при наступлении чрезвычайных ситуаций.
Таким образом, данная система является доступным инструментом управления внутренней экономической безопасностью, позволяющим повысить качество и степень управляемости перевозочным процессом, и избежать дополнительных расходов и финансовых потерь в результате возможных сбоев и нарушений в системе управления движением поездов.
Литература
1. Журавлева Н.А. Обновление инфраструктуры ради экономической безопасности. Система безопасности инфраструктурных компаний в посткризисный период//Российское предпринимательство. -2009. - № 12 (1). - С. 118-123.
2. Кононов В.А., Лыков А.А., Никитин А.Б. Основы проектирования электрической централизации промежуточных станций. - М.: Маршрут, 2003. - 316 с.
3. Кокурин И.М., Никитин А.Б., Сапунов Н.А. и др. Методические указания по расчету численности работников железнодорожных станций,занятых приемом, отправлением поездов, маневровой работой и обработкой составов // Сб. Проектного и внедренческого центра организации труда МПС. -М.: МПС, 1994. - 89 с.
Justification of economic security of railway transport on the basis of intellectual computer systems of expeditious train dispatching Nikitin A.B.
The St. Petersburg state transport university of the Emperor Alexander I The article covers the mechanism for enhancement of railway transport
economic security with use of cybernetic structures of supervisory control systems applied for transportation process
management at the stations. It is demonstrated that today the automation level of supervisory control systems corresponds to the lower level resulting in operator motor activity, while the advanced level provides tactical control based on planned intelligence systems with prompt functions (advising systems), thus enabling to reduce potential risks of trains safety movement and improve efficiency of transportation process management. The components of station information model, as well as the list of technological task of the management system with «intellectual component», have been defined.
Key words: economic security, railway transport, information model, automated control, intelligence systems.
References
1. Zhuravleva N. A Updating of infrastructure for the sake of economic security. A security system of the infrastructure companies during the post-crisis period//the Russian business. -2009. - No. 12 (1). - Page 118-123.
2. VA canons., Lykov A A, Nikitin A B.
Bases of design of electric centralization of intermediate stations. - M.: Route, 2003. - 316 pages.
3. Kokurin I. M., Nikitin A B., Sapunov N.
A., etc. Methodical instructions by calculation of number of employees of the railway stations occupied with reception, departure of trains, shunting work and processing of structures//Sb. Design and implementation center of the organization of work of Ministry of Railways. - M.: Ministry of Railways, 1994. - 89 pages.
О À
es
S
i?
2 e
6
