CC BY
25
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2000 р. Вип. №10
УДК 625.4 : 681.3
Парунакян В.Э.\ Гусев Ю.В.2, Сизов Д.И.3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА
ПРОМЫШЛЕННОМ ТРАНСПОРТЕ
Проанализированы специфические особенности управления промышленным железнодорожным транспортом. Сделан вывод о необходимости повышения эффективности системы управления на основе информатизации. Предложена концепция и разработаны технологические основы создания информационно-управляющих систем для промышленного железнодорожного транспорта.
Эффективная работа предприятий черной металлургии в значительной степени зависит от качества работы транспортного комплекса. Достаточно указать, что транспортоемкость по технологической цепи от добычи руды до выпуска готового проката достигает 51 т/т, составляя в горнодобывающем звене 25 т/т и в металлургическом - 16 т/т. При этом более двух третей объема перевозок непосредственно связаны с обслуживанием производственных агрегатов. Доминирующее положение в транспортной системе (до 70 % объема перевозок) занимает железнодорожный транспорт, который и на перспективу сохранит свою ведущую роль
Железнодорожный транспорт металлургических предприятий характеризуется существенными специфическими особенностями, которые радикально отличают его от магистральных железных дорог. Они заключаются: во-первых, - в постоянной связи с внешней сетью железных дорог с целью обеспечения предприятий в необходимом объеме компонентами сырья и отправкой готовой продукции потребителям; во-вторых, - в бесперебойном обслуживании производственных агрегатов и тесной увязке с технологией основного производства. Эти особенности обусловливают следующее.
1. Металлургические предприятия характеризуются значительным объемом перевозок, достигающем 80 - 100 млн.т в год, из которых более 65 % - внутренние технологические перевозки, а также необходимостью переработки большого количества разнохарактерных грузопотоков, различающихся родом груза, направлением перевозок, срочностью доставки, типом используемого подвижного состава и др. Задача усложняется значительной неравномерностью поступления грузов с внешней сети.
2. Работу транспорта в значительной мере усложняет жесткая регламентация перевозок по времени и объему в соответствии с требованиями технологического процесса, когда связь транспорта с производственными агрегатами осуществляется без промежуточного складирования сырья или промежуточной продукции. В одних случаях эти требования определены заранее и зафиксированы в плановых документах (контактные графики и др.), в других случаях возникают оперативно (требования цехов, пунктов погрузки и др.).
3. В технологическом цикле металлургического производства имеется ряд участков (производств), транспортные системы которых слабо взаимодействуют др}т с другом. Автономные транспортные участки формируют для перевозки агломерата с аглофабрики в доменный цех, чугуновозных, слитковозных и шлаковозных составов и др. В связи с этим появляется возможность декомпозиции объекта управления и выделения в системе управления ряда независимых или взаимодействующих подсистем.
4. Крупные современные металлургические комбинаты характеризуются развитой транспортной инфраструктурой, что обусловливает наличие большого числа объектов управле-
1 ПГТУ, канд. техн. наук, профессор
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доцент
3 ПГТУ, аспирант
ния. Они имеют сложную и развитую схему железнодорожных путей с развернутой длиной до 450 - 500 км и наличием до 1800 стрелочных переводов. Перевозочный процесс обеспечивают до 25 - 30 станций и постов, включая крупные сортировочные станции с горками, локомотивный парк насчитывает до 80 - 100 единиц, заводской парк вагонов -до 2,5 тыс. единиц, а парк специального подвижного состава (чугуновозы, шлаковозы. слитковозные тележки и др.) превышает 2 тыс. единиц. Для обеспечения производства сырьем и отправки готовой продукции комбинаты ежесуточно принимают, перерабатывают и отправляют до 1 тыс. вагонов внешнего парка. 5. Большой объем перевозок, технологическая взаимозависимость с основным производством и декомпозиция управления транспортом порождают сложную иерархическую структуру, в которой отдельные управляющие органы разделены функционально, территориально, по уровню, рангу и другим признакам.
В связи с указанным важнейшим фактором повышения эффективности и качества работы железнодорожного транспорта металлургических предприятий явилось применение автоматизированных систем управления (АСУ). Разработка и внедрение АСУ на промышленном железнодорожном транспорте были начаты еще в 70-е годы. Проблема автоматизации не являлась для железнодорожного транспорта новой. К этому времени предприятия были оснащены низовыми системами и средствами железнодорожной автоматики: электрической и диспетчерской централизации, диспетчерским контролем и др. На протяжении ряда лет разрабатывались и внедрялись элементы и подсистемы АСУ железнодорожным транспортом. [1]
В качестве основной была принята концепция создания информационных систем с постепенным наращиванием их мощности и расширением состава автоматизируемых функций. При этом, в первую очередь, автоматизировался учет наличия и состояния вагонов внешнего парка в целом по предприятию и по районам (станциям) отдельно, с выделением трех основных этапов: на первом - автоматизация передачи информации, накопление учетных сведений и выдача информационных справок; на втором - частичная автоматизация ввода информации (система диспетчерского контроля поездного движения и грузовых фронтов); на третьем - логический контроль и прогноз (выполнение контактных графиков, обработка вагонов внешнего парка, их продвижение и подача под погрузку и др.).
Наиболее интенсивно работа по созданию АСУ транспортом проводилась на крупных металлургических комбинатах (Магнитогорском, Новолипецком, «Азовсталь» и др.), а опыт функционирования подтвердил их эффективность.
Вместе с этим действующие АСУ железнодорожным транспортом предприятий не стали комплексной автоматизированной системой управления в силу присущих недостатков. В частности они страдают несовершенством информационной среды пользователей, формируемой системой разнородных и слабо связанных баз данных, обслуживающих отдельные задачи и комплексы задач. АСУ ЖТ характеризуются недостаточно развитой устаревшей инфраструктурой информатизации и ограниченным набором новых информационных технологий. В связи с нечеткой постановкой целей управления и отсутствием методов их проверки возникают трудности применения передовых информационных технологий. Процессы управления и информатизации жестко связаны между собой, поэтому изменения в структуре управления неизбежно ведут к необходимости соответствующей адаптации информационной системы. Обратный процесс имеет более сложный характер. Так, постепенное внедрение новых информационных технологий, развитие информационной среды и совершенствование инфраструктуры информации до определенного времени не оказывают существенного влияния на структуру управления. Однако накопление этих изменений до некоторой критической величины требует совершенствования системы управления. Определение количественных значений и качественных параметров составляющих информационной системы, соответствующих структуре управления железнодорожным транспортом предприятия, так же является одной из важнейших задач информатизации. [2]
На современном этапе работа железнодорожного транспорта металлургических комбинатов значительно усложнилась.
С одной стороны с 2000 года на всей сети железных дорог введен пономерной учет вагонов. То есть вся информация о состоянии и местоположении вагонного парка будет базироваться на системе ДИСПАРК. С ее вводом дороги постоянно получают достоверную оперативную информацию о состоянии и дислокации любого вагона и груза на каждый момент времени. Это позволяет дорогам ужесточить контроль за использованием вагонов внешнего парка на промышленных предприятиях и соблюдением установленных нормативов оборота вагонов. [3]
С другой стороны падение производства привело к существенному снижению объема перевозок, а значительное уменьшение доходов - к резкому сокращению финансовых ресурсов, направляемых на эксплуатацию, содержание и ремонт технических средств транспорта.
Поэтому в новых экономических условиях возникла настоятельная необходимость активного поиска путей повышения эффективности работы железнодорожного транспорта предприятий.
Важная роль в этом вопросе отводится повышению эффективности управления железнодорожным транспортом предприятий на базе автоматизации и информатизации.
Основой для этого является интенсивное развитие технической базы информационных систем: появление персональных компьютеров и серверов нового поколения, обладающих большими вычислительными мощностями, совершенствование сетевых технологий.
В последние годы на магистральном железнодорожном транспорте многих стран ведутся интенсивные работы по широкому использованию информационных технологий и созданию автоматизированных информационно-управляющих систем повышающих эффективность функционирования его производственных, экономических и финансовых структур. [3]
Для выявления наиболее перспективных направлений совершенствования системы управления промышленным транспортом был обработан и проанализирован массив публикаций на эту тему за пять лет. При этом установлено, что наиболее интенсивно проводятся исследования и внедряются средства и методы получения и передачи информации о состоянии транспортных систем. Причем решаются четыре основные задачи: управление перемещением транспортных единиц, управление транспортным подразделением, управление всем комплексом транспортного обслуживания предприятия и контроль состояния и управление техническим обслуживанием транспортных средств.
Аналогичные тенденции совершенствования управления наблюдаются и на магистральном железнодорожном транспорте. Информатизацию технологических процессов и структур управления предполагается осуществлять через информационные технологии, которые объединены в четыре комплекса: управление перевозочным процессом; управление маркетингом, экономикой и финансами; управление инфраструктурой; управление непроизводственной сферой.
Мировой опыт функционирования крупных информационных систем показывает, что основу методологии их создания составляют архитектурная концепция, подход, основанный на моделях, и технология создания открытых, переносимых масштабируемых приложений. Архитектурная концепция проектирования предполагает объединение отдельных архитектур информационной системы.
Одной из основополагающих проблем разработки информационных систем является построение матриц связей «объект-фактор» [4]. При этом необходимо определить множество М классифицируемых архитектур, объектов, параметров и атрибутов т; множество Л*, влияющих на классификацию факторов и и их взаимосвязь с классифицируемыми архитектурами, объектами, параметрами и атрибутами; выполнить разделение объектов т на подмножества М-1 (М - {М(, М2,---, Мт}) оптимальное по принятому критерию. При этом.
Утк е М, \/М|3 е М 3 \ тк е М,, М; п М; = 0. (1)
Описание всех элементарных объектов через модели (концепция моделирования) обеспечивает простую и быструю процедуру декомпозиции и интеграции проектируемой системы, что позволяет вести ее согласованную разработку по частям и сборку в единое целое. Рассмотрим контур управления (рис.). Здесь у(1)еУ - выходная переменная объекта (управляемая величина);
- управляющее воздействие, формируемое управляющей подсистемой; хфеХ - неуправляемое воздействие (помеха).
X 1
Объект управления
Уо
________*______
Информационная система
1
I ! У
1 I
;___1________________*________________
! Управляющая система
Рис. - Общая схема управления.
Для того, чтобы управляющая система обеспечивала уровень упорядоченности процессов (состояний) не ниже требуемого уровня, необходимо и достаточно, чтобы она обладала мощностью не менее, чем
Р = 7^Т^^х),прИр>0,5, (2)
где р - обобщенная вероятность правильного выбора управляющего воздействия § на множестве О; Ру(г) - интенсивность потока информации; Рх(1) - интенсивность потока помех.
Принцип открытых систем означает, что информационное, программное и техническое
обеспечение может быть дополнено и расширено, способно взаимодействовать с внешними системами и пользователями.
Функционально информационная система промышленного транспортом представляет собой совокупность двух составляющих: система управления перевозками и система содержания технических средств транспорта в исправном состоянии. Можно выделить следующие комплексы Лункыий:
•долгосрочное, оперативное и сменное планирование внутризаводских перевозок с разработкой в необходимых случаях контактных графиков движения;
•отслеживание движения маршрутов и отдельных транспортных единиц по магистральным путям и прогнозирование их прибытия на предприятие или к потребителю;
•отслеживание перемещений и учет вагонов общесетсвого парка, находящихся на путях предприятия, подготовка и обработка всей сопроводительной документации;
•информационно-диспетчерское сопровождение перевозочного процесса, ведение графика исполненного движения и другой отчетной документации;
•технико-экономичсское и календарное планирование ремонтов и технического обслуживания транспортных средств исходя из их технического состояния и возможности вывода из перевозочного процесса;
•планирование модернизации и обновления основных фондов с з'четом их состояния и
на основании перспектив развития основного производства и распределения грузопотоков по видам транспорта.
В связи с указанным выше создаваемая система должна быть полностью интегрирована в АСУ предприятия и состыкована с аналогичной системой магистрального транспорта. Значительная часть задач должна решаться в реальном масштабе времени, что предъявляет особые
требования к программному' обеспечению. Наиболее актуальными проблемами являются эффективное распределение функций управления между автоматизированными рабочими местами и централизованными пунктами обработки информации, реализация алгоритмов оптимизирующих процесс принятия решений, обеспечение индивидуального доступа и сохранности информации.
Рассмотрим подробнее концепцию создания информационной системы перевозочного процесса. Данная ИС должна реализовать следующие функции:
•обеспечивать ввод и выдачу оперативным работникам станций информации о размещении и состоянии вагонов: номер вагона, пункт размещения (станция или пост), состояние вагона (груженый, порожний, «больной»), род груза, пункт назначения, время прибытия на станцию, отправления со станции, постановка на грузовой фронт, начало и окончание грузовой операции;
•обеспечение работников информацией о направляемых под разгрузку или погрузку вагонах:
•автоматизация учета станционной работы: учет приема и отправления, погрузки-выгрузки по родам груза и типам подвижного состава в вагонах ОСП и местного парка, учет простоя вагонов по этапам их обработки и по станциям в целом и другие;
•автоматизация учета, выполняемого дехами и службами УЖДТ, учет погрузки-выгрузки, использования вагонов в обслуживаемых цехах, учет сдачи вагонов на внешнюю сеть по родам грузов, типам вагонов, грузоотправителям и другие;
•автоматизация расчетов между УЖДТ и обслуживаемыми цехами и субклиентами за перевозку грузов, постановку, уборку вагонов и выполнение норм простоя;
•информационное обеспечение руководства: предоставление руководству и диспетчерском}' персоналу УЖДТ и предприятия, производственного отдела, цехов, отдела сбыта и других служб оперативной и аналитической информацией о результатах работы УЖДТ по перевозке грузов;
•предоставление необходимой для работы других ИС информации, содержащейся в базе данных системы.
Задачи системы можно разделить на три следующих группы: задачи ввода и выдачи первичной информации о ходе перевозочного процесса; задачи учета грузовой и эксплуатационной работы; задачи информационного обеспечения руководства. Соответственно приведенному делению строится функциональная структура ИС.
Информационная база системы представляет собой набор массивов, характеризующих основные объекты, участвующие в перевозочном процессе: вагон и груз и поезд. Данные о поезде хранятся в виде массива следующей структуры:
М! = <КП, 1,т, в* 5С>, ' ' (3)
где Ып - номер поезда, гп- дата прибытия поезда, - номер маршрута, - признак списания, Данные о вагоне представлены массивами М2 и М3.
та«, Оу>, (4)
где Кгт - номер поезда прибытия, ^ - дата прибытия, N8 - номер вагона, Сп - принадлежность вагона, и - дата зачисления вагона на простой предприятия, С,' - то же УЗ, - дата сдачи вагона на внешнюю сеть предприятия, I/ - то же УЗ, т„ - тара вагона по прибытию. га0 - то же по отправлению, Рц - номер памятки УЗ, £ш„ - штемпель прибытия, Хщ - штемпель отправления, шн - грузоподъемность, Эу - номер уведомления о сдаче вагонов на внешнюю сеть.
Мз = Гп, к, ъ, пп, п, С.н, Сс, и, и, С„, Зп>. (5)
где номер поезда прибытия, - дата прибытия, Н, - номер вагона, ^ - дата прибытия на станцию, ^ - дата отправления со станции, пп - номер внутризаводского поезда, п - порядковый номер поезда, См - разметка, Сс - внутризаводская станция. ^ - дата начала операции с вагоном, I* - дата окончания операции с вагоном, С„ - операция с вагоном, 81, - признак порожнего вагона.
Информация о грузе содержится в массиве 1УЦ
М4 — < , N[1. 0,„ С;-, тг, т, , С01, Сц, Слл, Св.ч, Сф, Ос, Оле, Бт; Ст, С^, Сс'*. (6)
где 1ЧП - номер поезда прибытия, 1П - дата прибытия, N. - номер вагона, Ои - номер накладной, Сг - род груза, шг - вес груза, тг' - вес груза по перевеске, Сст - отправитель, Сп - получатель. См - плательщик, С*,, - владелец. Сф - фирма, Ос - номер сертификата, Впе - паспорт, 8! - тарифная схема, Ст - тарифное расстояние, Бэ - признак экспортного груза, Сст - станция УЗ, Сс -
заводская станция.
Поскольку пункты зарождения и потребления информации находятся на значительном удалении, а к системе предъявляются повышенные требования по быстродействию и надежности, программно-аппаратное решение должно обеспечивать построение распределенной базы данных. Кроме того, следует отметить, что широко применяемая на сегодняшний день архитектура клиент-сервер в данных условиях ведет к неоправданно большим затратам времени и средств на сопровождение системы. Оптимальным решением является организация доступа к данным через \^еЬ-интерфейс. Это обеспечивает требуемую надежность, быстродействие, масштабируемость и расширяемость распределенной системы.
Опыт создания и эксплуатации ИС номерного учета вагонов на металлургическом комбинате «Азовсталь», построенной в соответствии с приведенной концепцией, позволяет сделать вывод о ее практической применимости.
Для обеспечения перевозочного процесса предприятия выполняют значительный объем работ по текущем)' обслуживанию и ремонту технических средств железнодорожного транспорта (рельсовых путей, локомотивов, вагонов). Повышение уровня технического обслуживания средств транспорта предполагается за счет создания информационной системы необходимой для управления инфраструктурой транспорта.
Принцип построения такой системы рассмотрим на примере объектов путевого хозяйства. В этом случае комплект программ должен реализовывать следующие функции: ввод с клавиатуры и хранение характеристик объектов путевой схемы (участки путей и перегонов, стрелочные переводы и глухие пересечения), данные о ремонтах и техническом обслуживании этих объектов, данные о сходах подвижного состава; вывод всевозможных справок на экран: подготовка и печать отчетных документов.
В настоящей системе предусматривается хранение следующих массивов данных: ■ М) - общие сведения о железнодорожных путях;
• М2 - сведения о ремонтах путей и выполненных работах;
• М3 - общие сведения о стрелочных переводах и глухих пересечениях;
• М4 - сведения о ремонтах стрелочных переводах;
• М5 - сведения о сходах подвижного состава.
Структура указанных массивов следующая:
М) - <5, п, М, ТР; Т0, Тс„ Тг, Тн, Тц, С?, Г, Р-, (6)
где б - станция, п - номер стрелочного перевода, N - номер ремонтного участка, обслуживающего этот перевод, Тр - тип рельсов, Тс - тип основания, Тй - тип балласта, Т* - марка крестовины, Тн - направление (правый, левый, симметричный), Тц - наличие централизации, р - максимальная нагрузка на ось обращающегося подвижного состава, Г - пропускаемый тоннаж, млн. т брутто в год, I - дата укладки.
м2 = <з, и, тт, 2Р, Ъь, г*, грр, V» уп, у6 >, (7)
где Тт - вид работ, Ъ - дата выполнения работ, Zp - количество замененных рельсов, - количество замененных брусьев, Ъа - количество замененных остряков, 7РР - количество замененных рамных рельсов, Ъг - количество замененных крестовин, Ъ^ - количество замененных рамных рельсов, \'в - объем выправки с подбивкой брусьев, V., - объем рихтовки, Уп - объем перешивки, \'с - объем работ по смене и подтяжке болтов.
Выводы
1. Существующие автоматизированные системы управления железнодорожным транспортом предприятий не отвечают современным требованиям, так как имеют ряд существенных недостатков. Они построены по принципу отдельных локальных систем, не связанных между собой, что было обусловлено рядом причин, в том числе, ограниченными возможностями суще-
ствовавших маломощных и малопроизводительных ЭВМ, на основе которых строились системы.
2. Современные системы управления магистральных железных дорог осуществляется на основе широкого использования информационных технологий в создании автоматизированных информационно-управляющих систем, повышающих эффективность функционирования его производственных, экономических и финансовых структур.
3. Информатизацию технологических процессов и структур управления промышленным железнодорожным транспортом рекомендуется осуществлять на основе создания интегрированной системы охватывающей следующие комплексы: управление перевозочным процессом, управление инфраструктурой транспорта.
4. Основу методологии создания информационных систем составляют архитектурная концепция; подход, основанный на моделях, и технология создания открытых, переносимых масштабируемых приложений.
Перечень ссылок
1. Шмулееич М.И., Зиненко В.Г. Информационные системы на промышленном транспорте. -М.: Транспорт, 1980. - 264с.
2. Лист Ф.Д., Михайлов A.B., Кукушкин Е.П., Шевцов Б.В. Основные принципы создания ИСЖТ нового поколения. //Железнодорожный транспорт. -1999. - №9. - С.28-30.
3. Мишарин А. Информатизация - важнейшее средство повышения эффективности работы отрасли. //Железнодорожный транспорт. -1999. -№ 9. - С. 19-23.
4. Шмулееич М.И. Построение матриц связей «объект-фактор» для систем управления промышленным транспортом.//Труды Всесоюз. проектного объед. по пром. транспорту. - М. Промтрансниипроект, 1986. - С. 54-72.
Парунакян Владимир Эмильевич. Канд. техн. наук, профессор кафедры «Промышленный транспорт», окончил Харьковский горный институт в 1952 году. Основные направления научных исследований - совершенствование систем управления эксплуатацией и ремонта технических средств промышленного железнодорожного транспорта.
Гусев Юрий Вячеславович. Канд. техн. наук, доцент кафедры «Промышленный транспорт», окончил Челябинский госпединститут в 1970 году. Основные направления научных исследований - автоматизация систем управление на промышленном транспорте.
Сизов Денис Игоревич. Аспирант кафедры «Промышленный транспорт», окончил ПГТУ в 1999 году. Основные направления научных исследований - разработка систем управления перевозочного процесса на промышленном железнодорожном транспорте.
