Синтез формализованной схемы электронного документооборота систем железнодорожной автоматики и телемеханики Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

108

Общетехнические задачи и пути их решения

2. Вековые циклы динамики развития электротехнического знания и образования / П. Е. Ва-ливач, А. И. Субетто // Вестник КГУ им. Н. А. Некрасова. - 2006. - № 1. - С. 25-27.

3. Математический анализ гипотезы очередного всплеска открытий в теоретических основах электротехники к 2020 году / П. Е. Валивач и др. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. -2009. - № 3 (84). - С. 14-27. - (Серия «Наука и образование»).

4. Основные исторические этапы становления электротехнического образования военно-морских инженеров-электриков России / П. Е. Валивач // Труды Третьей Международной научно-практической конференции. - СПб. : Изд-во Санкт-Петербургского гос. политехнического ун-та, 2003. - С. 719-721.

5. Состояние проблемы становления и использования современных технических средств

обучения, их классификация и задачи дальнейшего развития / П. Е. Валивач // Вестник СПбУ МВД России. - 2011. - № 4 (52). - С. 163167.

6. Концептуальная модель адаптивной системы управления содержанием высшего профессионального образования специалистов ВМФ / П. Е. Валивач // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2009. - № 3 (84). - С. 214-222. - (Серия «Наука и образование»).

7. Гносеологические аспекты и исторические факторы, влиявшие на формирование содержания военно-морского образования в различных социальных условиях / П. Е. Валивач. -СПб., 2011. - 9 с. (Деп. в ИНИОН РАН 06.03.12 г. № 61040).

8. Теория нахождения корней алгебраических уравнений / Т. Г. Незбайло. - СПб. : Корона-Век, 2007. - 208 с.

УДК 656.25

П. Е. Булавский, Д. С. Марков

Петербургский государственный университет путей сообщения

СИНТЕЗ ФОРМАЛИЗОВАННОЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБОРОТА СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Предложена формализованная схема (ФС) электронного документооборота технической документации (ЭДТД) систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) как сложной системы массового обслуживания (ССМО).

ФС включает описание внешней среды в виде модели потока заявок - комплектов технических документов (ТД), систем и процессов обслуживания (обработки) заявок, формализуемых на языке параллельных логических схем алгоритмов (ПЛСА). ФС обеспечивает естественный переход к синтезу имитационной модели (ИМ) ЭДТД и в значительной мере определяет ее адекватность.

система железнодорожной автоматики и телемеханики, электронный документооборот технической документации, имитационное моделирование, формализованная схема.

Введение

Создание такой сложной и объемной системы, как электронный документооборот технической документации (ЭДТД) систем

железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), является непрерывным процессом. ЭДТД разрабатывается и внедряется поэтапно, на протяжении длительного периода времени, а уже внедренные подсистемы

2013/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

109

и процессы совершенствуются на основе новых информационных технологий и технических средств. Разработка новых классов СЖАТ, например микропроцессорных, также требует совершенствования и развития ЭДТД. Эти факторы определяют непрерывность процесса создания ЭДТД СЖАТ, а следовательно, и постоянную потребность в принятии новых системотехнических решений (СТР). Очевидна также необходимость количественного обоснования СТР, что, в свою очередь, предполагает разработку соответствующих инструментальных средств и сопровождение ими процессов создания и эксплуатации систем ЭДТД.

В [1] определено, что в качестве инструментального средства оценки эффективности принимаемых СТР должна использоваться имитационная модель (ИМ) ЭДТД СЖАТ. При этом естественной математической схемой формализации является схема массового обслуживания, а ЭДТД СЖАТ характеризуется как сложная система массового обслуживания (ССМО).

В [2] приведена обобщенная формализованная схема (ОФС) технологических процессов на железнодорожном транспорте как ССМО, включающая три составляющих:

1) модель внешней среды в виде вектора технологической нагрузки;

2) систему обслуживания, включающую описание обслуживающих устройств, выполняемых ими операций, алгоритмы обслуживания заявок;

3) операционные характеристики ССМО.

ОФС представляет собой форму, которая

должна быть наполнена содержанием при моделировании каждой конкретной системы. В данном случае исследуется ЭДТД СЖАТ, и, следовательно, на основе ОФС должна быть синтезирована формализованная схема ЭДТД СЖАТ как ССМО.

В работе представлена ФС ЭДТД СЖАТ, полученная как в результате натурных обследований процессов создания и обработки технической документации, так и теоретических исследований параллельных процессов с использованием языка параллельных логических схем алгоритмов (ПЛСА) [3].

1 Вектор технологической нагрузки

Формализованная схема внешней среды ЭДТД представляется вектором технологической нагрузки:

V = [ H; R; т],

где H - множество заявок различного типа h, i = 1,1, h e H; R - множество свойств r, d, d = 1, D заявок i-го типа, r , e R; т - множество интервалов времени между поступлением заявок h в ЭДТД.

В данном случае синтезирована ФС ЭДТД и соответственно в качестве заявок множества H рассматриваются технические документы (ТД), входящие в состав проектносметной документации. В зависимости от конкретных приложений ИМ в качестве заявок различных типов h e H, i = 1,1 могут быть представлены:

- различные ТД одного проекта;

- комплекты ТД одного проекта;

- проектно-сметная документация для различных проектов;

- проектно-сметная документация в це-

лом для конкретного вида СЖАТ, например, электрическая централизация, автоматическая блокировка и т. д. ___

Свойства заявки h - r e R; d = 1, D определяются составом и структурой ТД, представляемого заявкой i-го типа.

Формализация свойств заявок hi должна осуществляться на основе отраслевого формата технической документации (ОФ-ТД) на устройства СЖАТ [4], разработанного для создания единой информационной среды ЭДТД.

В структуру ОФ-ТД включены список и формат примитивов, определяющие описание простейших языковых конструкций, каталог и формат элементов схем ТД СЖАТ, список типов ТД, используемых в системе ЭДТД, и формат ТД. Каждый ТД представляется в виде совокупности каналов данных. Каналы документа описываются секциями файла ОФ-ТД или набором файлов. Канал данных содержит древовидную структуру объектов. Каждый объект, в свою очередь,

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/2

110

Общетехнические задачи и пути их решения

содержит множество параметров и подобъектов. Для описания ТД в ОФ-ТД заданы атрибуты всех объектов, в него входящих, и учтены структуры данных, которые могут быть представлены во всех видах ТД. Предложенный способ обеспечивает представления и обработку ТД без использования специализированных программных средств.

Элемент <Документ> содержит одно или несколько представлений ТД (каналов данных). Элемент <Описание_документа> является служебным каналом, содержащим информацию о документе в целом. Данные ТД содержатся в элементе <Лист_документа>, идентификатор которого имеет соответствующее значение:

<Лист_документа Идентификатор= ”СхемПлан” Название=”имя”

Формат=”А4” Число_Форматов=”5”> <Список_Элементов.. .>

<!—Описание объектов схематического плана станции—> </Список_Элементов> <Связи> <!—Описание связей объектов схематического плана—> </Связи> <Лист_ документа/>

Структура <Список_Элементов> содержит описания объектов документа, включая примитивные графические объекты, элементы схемы, динамические элементы, таблицы, штамп и др. Структура <Связи> служит для определения функциональных связей между объектами ТД, которые содержатся в элементе <Связь_Элементов>. ОФ-ТД включает в себя описание всех типов ТД, достаточно подробное для осуществления операций электронного документооборота: анализа, автоматизированного проектирования, хранения, архивирования, отображения на чертеже и представления ТД в имитационной модели.

Такой подход позволяет создать информационную структуру, обеспечивающую описание всех элементов ТД СЖАТ с указанием параметров, необходимых для автоматизации ЭДТД и отображения текущего состояния ТД в имитационной модели.

Иерархическая структура свойств r заявок в соответствии с ОФ-ТД формализуется с помощью атрибутной грамматики [5].

Формализация описания технических документов на основе атрибутной грамматики обеспечивает автоматизацию процесса построения трансляторов, позволяющих привести чертеж, сохраненный в отраслевом формате технической документации на устройства СЖАТ [4], к описанию заявки в рамках контекстно-свободной грамматики (КС-грамматики) с выделением совокупности свойств r заявок, обрабатываемых в модели ЭДТД.

Далее приведен пример описания элементов ТД, выделяемых в свойствах r заявок: схематический план станции, ТД ^ элемент ^ атрибуты элемента.

Аналогичное описание свойств r за-

г,а

явок дается для всех наборов атрибутов элементов, входящих в ТД, представленных в ОФ-ТД.

Заявки h . на создание и обработку ТД поступают в ЭДТД в определенные моменты времени t При этом функционирование системы ЭДТД и требования к ней в значительной мере определяются величиной интервалов времени т между моментами поступления заявок (интенсивностью потока заявок). В зависимости от требований конкретных исследований интервалы т могут быть заданы по регламенту, например по плану строительства объектов СЖАТ, или в виде случайных величин. В последнем случае должны быть заданы: функция распределения F и вероятности поступления в систему заявок г-го типа Ph; г = 1,1.

В [6] предложена формализованная схема такого потока заявок на основе обратного преобразования функции F (в аналитическом или табличном виде) и представление вероятностей Phi по схеме полной группы событий (h1, ., hi) с изменяющимися во времени характеристиками.

2 Структурно-алгоритмическое

описание ЭДТД СЖАТ

В соответствии с ОФС [2] формализованная схема ЭДТД имеет вид:

^ЭДТД = {A{V,б,G,a};U;V ^ U;Pa;xv},

2013/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

ТАБЛИЦА 1. Набор атрибутов элементов схематического плана станции

Элемент Атрибут Обозначение атрибута Описание атрибута

Стрелка Вид управления Ai a - нецентрализованный

a12 - электрическая централизация

a13 - маневровая централизация

a14 - двойное управление

a15 - маршрутно-контрольные устройства

Тип стрелочного перевода а2 a21 - обыкновенный

a22 - симметричный

a23 - с НПК

a24 - сбрасывающий

a25 - башмак

a26 - упор

a27 - перекрестный

a28 - глухое пересечение

Светофор Назначение Bi Ъп - не определено

b - входной

Ъ13 - выходной

Ъ - маршрутный

Ъ15 - проходной

Ъ1б - прикрытия

Ъ17 - заградительный

Ъ - повторительный

Ъ19 - маневровый

Ъ110 - горочный

Тип светофора В2 Ъ - линзовый

Ъ22 - прожекторный

Ъ23 - семафор

Изолирующий стык Габаритность С1 c - логический

Тип С2 е21 - стык

с22 - секционный изолятор

Секционный изолятор С3 с31 - логический

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/2

112

Общетехнические задачи и пути их решения

где A - множество алгоритмов создания и обработки ТД; V, Q, G, а - множества операторов, собственно-логических, ждущих и вероятностных логических условий соответственно, входящих множество алгоритмов А; U - множество подсистем ЭДТД, выполняющих алгоритмы множества А; V^ U- соответствие подсистем ЭДТД выполняемым подмножествам операторов V; Ра - значения вероятностей вероятностных логических условий а; tv - временная характеристика выполнения операторов V подсистемами U.

В процессе синтеза системы электронного документооборота технической документации (ЭДТД), на основе натурных обследований процессов обмена и обработки ТД в подразделениях ОАО «РЖД» выделены технологические цепочки, соответствующие стадиям выполнения работ от начала до завершения процессов строительства СЖАТ и ввода в эксплуатацию.

Под технологической цепочкой понимается представление процесса ЭДТД логически взаимосвязанной, функционально полной последовательностью операций. Уровни иерархии рассматриваемых процессов ЭДТД соответствуют уровням выполнения и детализации технологических цепочек. Алгоритмические уровни отражают степень детализации операций для рассматриваемых технологических цепочек на данном иерархическом уровне.

В табл. 2 и 3 представлен список алгоритмов, описывающих технологические цепочки организации взаимодействия процессов ЭДТД, согласования и утверждения утверждаемой части ПСД и взаимосвязи верхнего и первого уровней иерархии.

Каждый алгоритм табл. 2 описывается, в свою очередь, совокупностью алгоритмов на следующем иерархическом уровне. В табл. 3 представлено описание алгоритма А01 табл. 2.

Совокупность выполняемых в определенной последовательности операций и проверок логических условий в процессе ЭДТД /-го ТД назовем алгоритмом ЭДТД A

Операцией и назовем элементарное действие c ТД на данном уровне представ-

ления. Все операции, выполняемые в процессе ЭДТД, d. е D, образуют множество

V = (о.}, J = IJ .

Основными элементами описания являются операторы, соответствующие операциям и, логические условия q, g, ак, к = 1, K,

помеченные стрелками а k Тp, р = 1, Р, где p - индекс стрелки. Переход ТД при ложном значении ак осуществляется к элементу ПЛСА, помеченному стрелкой с тем же индексом Xp.

Для обеспечения строчной записи ПЛСА используются следующие вспомогательные операторы и логические условия:

шТр - тождественно ложное логическое условие;

R ftр - оператор распараллеливания ср-й стрелкой, указывающей начальные элементы образуемых им параллельных ветвей;

р - стрелка, помечающая начальный элемент каждой параллельной ветви, образованной оператором распараллеливания с тем же индексом;

ш ^р - тождественно ложное логическое условие, заканчивающее параллельную ветвь и указывающее (по индексу р) оператор объединения;

^р & - оператор, объединяющий параллельные ветви, которые заканчиваются условиям ш ^р с тем же индексом стрелки.

Основным результатом выполнения элементарных операций является изменение свойств технических документов, от качества которых непосредственно зависит эффективность ЭДТД [7].

Для учета качества ТД, участвующих в электронном документообороте, введем следующие операции и логические условия:

тк - операции, длительность которых зависит от качества ТД;

Кк - операции, порождающие качество ТД с заданной вероятностью;

Ц - операции, повышающие качество ТД;

ак - вероятностные логические условия (вероятность которых зависит от качества

ТД).

Рассмотрим алгоритм организации взаимодействия процессов ЭДТД. Как элементарные

2013/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

113

ТАБЛИЦА 2. Список алгоритмов, входящих в ФС организации взаимодействия процессов ЭДТД

А03 - выдача ТЗ и ТУ по запросам А01 - согласование и утверждение утверждаемой части ПСД; А04 - изготовление, строительство и проведение пусконаладочных работ

А011 - проектирование утверждаемой части ПСД; А021 - проектирование ПСД; А02 - отправка и экспертиза ПСД А05 - ведение и архивирование ТД

ТАБЛИЦА 3. Список алгоритмов, входящих в ФС согласования и утверждения

утверждаемой части ПСД (А01)

А111 - регистрация схематического плана станции в аппарате главного инженера; А114 - утверждение схематического плана станции начальником дороги А15 - передача схематического плана станции причастным службам; А112 - передача схематического плана станции проектной организации; А115 - передача утвержденного схематического плана станции функциональному заказчику (службе СЦБ)

А11 - проектирование схематического плана станции; А12 - проектирование таблицы взаимозависимостей стрелок и сигналов; А14 - передача схематического плана станции функциональному заказчику (служба СЦБ); А113 - корректировка схематического плана станции А19 - рассмотрение схематического плана станции функциональным заказчиком; А110 - передача схематического плана станции в аппарат главного инженера; А116 - выдача утвержденного схематического плана станции проектной организации

операции, выполняемые при реализации указанного процесса, обозначим:

v1 - согласование и утверждение утверждаемой части ПСД;

v2 - отправка и экспертиза ПСД; v3 - выдача ТЗ и ТУ по запросам; v4 - изготовление, строительство и производство пусконаладочных работ; v5 - ведение и архивирование ТД. Множества а = {aj включает следующие логические условия:

1 - техническая документация

a = < передана;

0 - не передана.

На основании разработанного алфавита, в результате анализа процессов проектиро-

вания, согласования и утверждения утверждаемой части ПСД получена ЛСА:

Аэдтд =^ ЪК,за ТИ vK,Ца t2i3

v2KnT2Ц2а t3^ v4I,4a t4^ v5I,5a t5

Рассмотрим алгоритм проектирования, согласования и утверждения утверждаемой части ПСД. Как элементарные операции, выполняемые при реализации указанного процесса, обозначим:

v1 - проектирование схематического плана станции;

v2 - проектирование таблицы взаимозависимостей стрелок и сигналов;

v4 - передача схематического плана станции функциональному заказчику (служба СЦБ);

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/2

114

Общетехнические задачи и пути их решения

v5 - передача схематического плана станции причастным службам (службы пути, электрификации и электроснабжения, локомотивного хозяйства, грузовой и коммерческой работы, перевозок, начальнику станции, ревизору по безопасности);

v6 - рассмотрение схематического плана станции причастными службами;

v7 - согласование схематического плана станции;

v8 - передача согласованного схематического плана станции функциональному заказчику;

v9 - рассмотрение схематического плана станции функциональным заказчиком;

v10 - передача схематического плана станции в аппарат главного инженера;

v - регистрация схематического плана станции в аппарате главного инженера;

v12 - передача схематического плана станции проектной организации;

v - корректировка схематического плана станции;

v - утверждение схематического плана станции начальником дороги;

v - передача утвержденного схематического плана станции функциональному заказчику (службе СЦБ);

v - выдача утвержденного схематического плана станции проектной организации.

Множества а = {ak}, k = 1,3 включает следующие логические условия:

Г1 - схематический план передан; ах = 1

[0 - не передан;

Г1 - схематический план согласован;

а 2 = 1

[0 - в противном случае;

Г1 - схематический план утвержден;

а3 =1

[0 - в противном случае.

На основании разработанного алфавита в результате анализа процессов проектирования, согласования и утверждения утверждаемой части ПСД получена ЛСА:

^ПрУт = v1Knv2К,2 ^ v4a1 ^^ v5a1

t214 v6T;1v7Т;2ЦШ2a2 t3 v8 I5

v93Ц,3a2 t5 |6 v10a1 t6 v11v14a3 t3 v!50 t713 v12v13l,4Ш t417 v16 .

Аналогично получены ПЛСА всех технологических цепочек, представляющие собой основу ФС ЭДТД.

Для реализации формализованных с помощью ПЛСА алгоритмов указаны структурные подразделения и организации, выполняющие соответствующие процессы ЭДТД:

U - проектные организации;

U2 - аппарат главного инженера;

U3 - служба технической политики;

U41 - Un - службы, дирекции;

службы: НТП, П, Ш, Э, Л, НГС, Нинв, НБТ, НРИ, В, Н ; инв

дирекции: Д, ДРП, НС, РДОП, НДОППР, ПРИГ, ДСС, ДКС.

U5 - функциональный заказчик;

U6 - начальник дороги.

Аналогичным образом поставлены в соответствие выделенным подсистемам ЭДТД выполняемые ими подмножества операторов V:

U1 => К ^ ^ v13};

U2 => (Ай v14};

U3 => (v5, V12, v15};

U4 => {v6, v7, v8};

U5 => {v9, ^ v16};

U6 => (v14 } .

3 Операционные характеристики ЭДТД

Необходимость количественных оценок СТР предполагает определение набора операционных характеристик или показателей эффективности ЭДТД.

В формализованную схему ЭДТД как ССМО введены три группы операционных характеристик:

1) характеристики процесса обслуживания заявок h, е H;

2) структурные характеристики ЭДТД как системы обслуживания;

3) оптимизационные характеристики.

2013/2

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

115

К характеристикам первой группы относятся:

- время обслуживания и пребывания заявок в системе;

- время обслуживания и пребывания заявок в подсистемах;

- вероятность своевременного обслуживания заявок в системе;

- вероятность своевременного обслуживания заявок подсистемами;

- количество одновременно обслуживаемых заявок.

К характеристикам второй группы относятся:

- пропускная способность системы;

- пропускная способность подсистем;

- коэффициенты загрузки подсистем;

- время простоя подсистем;

- очереди на обслуживание заявок в подсистемах («узкие места» ЭДТД).

Характеристики третьей группы представляют собой компромисс между характеристиками первой и второй группы и, как правило, являются экономическими показателями ЭДТД, учитывающими производительность системы и эксплуатационные расходы на ее содержание и модернизацию.

Следует отметить что оценка любых СТР, в том числе по влиянию качества ТД на эффективность работы ЭДТД, должна даваться по всем показателям первой и второй группы. Окончательное решение должно приниматься на основе анализа показателей, относящихся к третьей группе.

Заключение

Полученная формализованная схема ЭДТД СЖАТ отвечает требованиям полноты и кор -ректности, так как:

- разработана на основе ОФС, полнота и корректность которой подтверждена опытом разработки имитационных моделей ряда технологических процессов на железнодорожном транспорте;

- результаты натурных обследований подтверждены экспертными оценками;

- корректность ПЛСА процессов ЭДТД проверена формальными матричными преобразованиями.

Применение ПЛСА процессов ЭДТД в качестве основы ФС позволяет перейти к синтезу имитационной модели с использованием в качестве инструментального средства матричного метода формализации ИМ [2].

Библиографический список

1. Имитационное моделирование АСУ технологическими процессами на железнодорожном транспорте / М. Н. Василенко, А. В. Гринен-ко, Д. С. Марков // Материалы научно-технической конференции «Пути повышения эффективности использования подвижного состава». - Го -мель : БелИИЖТ, 1983. - С. 52-53.

2. Матричный метод формализации имитационных моделей сложных систем массового обслуживания / П. Е. Булавский, Д. С. Марков // Известия ПГУПС. - 2010. - Вып. № 4. - С. 63-74.

3. Синтез управляющих автоматов / В. Г. Ла-зерев, Е. И. Пийль. - М. : Энергия, 1978. - 408 с.

4. Отраслевой формат технической документации на устройство СЦБ / М. Н. Василенко, В. Г. Трохов, П. Е. Булавский, О. А. Максименко // Автоматика, связь, информатика. -2003. - № 4. - С. 9-11.

5. Проверка корректности схематических планов станций с помощью атрибутной грамматики / П. Е. Булавский, С. Б. Мухамедходжаев // Известия ПГУПС. - 2011. - Вып. № 2. - С. 63-71.

6. Моделирование потока заявок сложных систем на языке GPSS / М. Н. Василенко, А. В. Гри -ненко, Д. С. Марков // Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте; ЦНИИ ТЭИ МПС. - 1981. - № ДР1252. - С. 57-65.

7. Оценка качества технической документации на системы ЖАТ / П. Е. Булавский // Автоматика, связь, информатика. - 2011. - № 8. -С.37-39.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2013/2