3. Прогнозирование взаимодействия. Транспортных систем.

Прогнозирование взаимодействия транспортных систем. введение Повышение эффективности функционирования транспортных систем региона неразрывно связано с задачами прогнозирования результатов их экономической деятельности в условиях хозяйственного риска. Так как, от прогнозирования напрямую зависит принятие управленческих решений, и между ними существует непрерывный обмен информацией, то при умень-шении горизонтов управления (принятие оперативных решений) роль прогнозной информации значительно возрастает, следовательно, прогнози-рование необходимо рассматривать как элемент разработки и принятия управленческих решений. Специфика транспорта как отрасли материального производства заключается в том, что, с одной стороны, транспорт имеет свой произ-водственный процесс, с другой, транспорт не перерабатывает сырья и не создает продуктов. На транспорте производственный процесс и продукция этого процесса совпадают во времени и пространстве. Поэтому перемещение грузов является одновременно и производственным процессом и продукцией транспорта. Во всех отраслях материального производства конечный продукт – это результат определённого производственного цикла, то есть совокупности последовательных процессов и операций. Транспортное производство не является исключением. Теоретическую основу работы составили работы отечественных и зарубежных авторов в области оптимизации взаимодействия различных видов транспорта, работы порта, логистики, а также работы по математическому моделированию. Цель: рассмотреть прогнозирование взаимодействия транспортных схем 1.1 методы прогнозирования и реализации технологического процесса взаимодействия различных транспортных систем и их комплексного использования. Назначение прогнозирования состоит в разработке прогнозной информации, характеризующей процессы взаимодействия транспортных систем региона с внешней средой, и ее использование для решения задач согласованного планирования и управления на уровне транспортных систем и в целом транспортного комплекса региона. Основной целью прогнозирования является уменьшение влияния неопределенностей и факторов хозяйственного риска на экономические результаты деятельности транспортных организаций. Для прогнозирования экономической эффективности функциони-рования транспортной системы в зависимости от уровня спроса на транспортные услуги с учетом хозяйственных рисков, автором разработана методика, в которой использован математический аппарат, базирующийся на элементах теории вероятностей и экспертного прогнозирования [7, 8]. Алгоритм решения задачи состоит из следующих этапов (Рис. 1).

	Этап 1. Формирование списка событий, по которым должна предсказываться веро­ятность их наступления в взаимное влияние на экономическую эффективность (по­ложительная или отрицательная корреляция!
	Этап 2. Организация процесса экспертной опенки вероятности наступления сформи­рованных на первом этапе событии.
	Этап 3. Определение количественных значений вероятности свершения событии и вероятности их влияния на главное событие. Формирование сводной таблицы ука­занных вероятностей.
	Этап 4. Для наглядности отражения, взаимовлияния вероятности свершения собы­тий друг на друга, и на главное событие формируется матрица взаимосвязанных ве­роятностей.
	Этап 5. Формирование схемы взаимовлияния исходных данных на функцию цели и решение задачи по разработанной аналитической модели.

Рисунок 1 - Алгоритм решения задачи по прогнозированию экономического эффекта функционирования транспортной системы. Представим основной список возможных событий

1. Надежность прогноза стабильного спроса

2. Повышение спроса на транспортные услуги за счет ценовой политики транспортной органи­зации

3. Снижение спроса на транспортные услуги за счет ценовой интервенции конкурентов

4. Повышение спроса на транспортные услуги за счет качества оказываемых услуг

5. Снижение спроса на транспортные услуги за счет снижения предпринимательской активно­сти в регионе

6. Увеличение спроса на транспортные услуги за счет диверсификации деятельности транс­портной организации

7. Снижение спроса на транспортные услуги за счет ужесточения налоговой политики

8. Увеличение спроса на транспортные услуги под влиянием улучшения обшей экономической ситуации в регионе

9. Снижение спроса на транспортные услуги за счет недостаточной рекламы

10. Увеличение спроса за счет заключения выгодных контрактов на оказание транспортных ус­луг

11. Уменьшение спроса за счет распространения негативной информации о фирме

В экономических задачах, где главным событием является функция цели, стремящаяся к экстремуму, а все остальные события стремятся или улучшить функцию цели, или ухудшить ее. Проблема установления взаимной корреляции не представляет большой трудности, т.к. реальные взаимосвязи и влияния наступающих событий на вероятность функции цели можно определить в количественной форме через вероятности их влияния на уровень функции цели. Сложным процессом является определение вероятностей возможностей осуществления мероприятий (свершения событий) и их влияния на уровень вероятности главного показателя (функции цели). В таких случаях целесообразно применять методы, использующие результаты опыта и интуицию, то есть методы экспертных оценок, как индивидуальных, так и групповых (коллективных). Достоинством индивидуальной экспертизы является оперативность получения информации и относительно небольшие затраты, а недостатком высокий уровень субъективности и, как следствие, отсутствие уверенности в достоверности полученных результатов. Указанный недостаток призваны устранить или ослабить коллективные экспертные оценки, основанные на открытом обсуждении вопросов с последующим голосованием. Но эти методы также страдают рядом недостатков, таких, как влияние авторитетных и «напористых» экспертов на суждение остальных и нежелание участников обсуждения отказываться от идей, ранее высказанных публично. 1.2 методы системного управления общетранспортным прогнозом и решение вопросов взаимодействия в транспортных узлах Подсистема транспортного узла – часть системы, представляющая совокупность некоторых элементов и отличающаяся подчиненностью единой цели функционирования всего узла (например, подсистема железнодорожного транспорта). Элемент транспортного узла – объект, не подлежащий дальнейшему расчленению, например парки сортировочной станции. При изучении проблем взаимодействия узла главными являются его свойства, определяющие и влияющие на взаимодействие с другими элементами. Для транспортного узла характерны входы и выходы, которыми являются потоки поездов, автомобилей, грузов или пассажиров, подлежащие обслуживанию. Транспортный узел функционирует в условиях различного рода возмущений (выход из строя технических устройств, вероятностный характер транспортных процессов и т.п.), для компенсации которых используются управляющие воздействия, вырабатываемые на основе информации, поступающей от вышестоящих систем, и информации о работе узла, получаемой по каналу обратной связи. При этом происходит обмен информацией с другими системами. Решение вопросов взаимодействия работы различных видов транспорта в транспортных узлах и их подсистемах с исследованием показателей их качества требует введения единых понятий и терминов. Под транспортным узлом как системой следует понимать совокупность транспортных процессов и средств для их реализации в местах стыкования двух или нескольких магистральных видов транспорта. Следовательно, понятие транспортного узла включает собственно перевозочный процесс (передвижение пассажиров и перемещение грузов), технические устройства (станции, порты, магистрали, склады и т.д.), средства контроля и управления. Основные управляющие воздействия обеспечивают рациональное распределение перевозок между различными видами транспорта; комплексное проектирование и планирование развития транспортного узла, его подсистем и элементов; оптимизацию параметров подсистем и отдельных элементов в процессе их эксплуатации и развития; оперативную оптимизацию транспортных процессов и режимов взаимодействия. Обратная связь обеспечивает управление процессами в узле при изменении условий взаимодействия различных видов транспорта или другого рода возмущении. Обратные связи в транспортных; узлах проявляются; как правило, с запаздыванием, отражая инерционность системы. Поэтому свойства, накапливаемые в системах, проявляются лишь по истечении времени t. Например, изменение ритма погрузки грузов отдельных назначений может с запаздыванием отразиться на ритме движения составов разных видов транспорта, участвующих в перевозке. Более сложные примеры инерционности обратных связей можно привести на уровне взаимодействия транспортного узла с планировочной структурой города или другими узлами и элементами единой транспортной системы. Так, сооружение новой пассажирской станции приводит к перераспределению пассажиропотоков, а через некоторое время оказывает влияние и на систему расселения. Аналогичное воздействие вызывает, например, строительство порта, приводя к перераспределению грузопотоков и изменению параметров работы всей отрасли морского транспорта. Следовательно, компенсация запаздывания и обеспечение режимов работы транспортных узлов с предвидением составляет основную задачу теории и практики автоматического управления транспортными процессами. 1.3 понятие о надежности транспортного процесса. Транспортный процесс – это совокупность операций с грузами и транспортными средствами, в результате выполнения которых грузы изменяют своё положение в пространстве. Сущность транспортной работы заключается в изменении места нахождения грузов. Транспортный процесс является многоэлементным, так как включает операции с подвижным составом (процесс перевозки) и операции с грузами (погрузка и разгрузка). Структура транспортного процесса включает три элемента (подпроцесса): – процесс погрузки; – процесс перевозки; – процесс разгрузки. Основной элемент транспортного процесса – перевозка грузов, все другие элементы подчинены ему. Перевозочный процесс включает работу подвижного состава с момента подачи под погрузку, его движение с грузом до постановки под разгрузку. Процессы погрузки и разгрузки состоят из возможного ожидания погрузки (разгрузки) и обслуживания. Ожидание погрузки (разгрузки) грузов может быть связано с опозданием транспортных средств, занятостью погрузочно-разгрузочных средств и др. Обслуживание включает собственно погрузку (разгрузку), а также оформление документов, если эта операция полностью не осуществляется во время ожидания погрузки (разгрузки) и обслуживания. Транспортный процесс характеризуется не простым перемещением груза и пассажиров, а соблюдением конкретных параметров и условий удовлетворения потребностей. Эти условия можно назвать параметрами транспортного процесса. Если в условиях реальной эксплуатации эти параметры соблюдаются, то транспортный процесс удовлетворяет потребителя и полностью реализуется. При отклонении параметров транспортного процесса от установленного уровня удовлетворенности наступает частичный или полный отказ от его осуществления. Эти параметры можно восстановить для последующей эксплуатации АТС, на что потребуется некоторое время и затраты. Возможности восстанавливать транспортный процесс характеризуются так же, как и интервалы между отказами: временем. Тогда транспортный процесс можно оценивать в терминах и определениях надежности технических объектов по ГОСТ 27.002-89, трактуя более простые составляющие надежности в следующем виде:

• безотказность транспортного процесса выражается интервалами времени или наработки в км пробега сохранения параметров, отражающих удовлетворение потребителя, в заданных пределах;

• долговечность транспортного процесса выражается наработкой (по времени или пробегу) до момента, когда его осуществление не может удовлетворять потребности по экономическим или техническим причинам;

• восстанавливаемость характеризуется временем или затратами, необходимыми для приведения транспортного процесса в соответствие с потребностями потребителя;

• сохраняемость транспортного процесса характеризуется возможностью его осуществления после длительной приостановки по каким-либо причинам.

Применение терминов и понятий надежности технических объектов к транспортному процессу расширяет возможности оценки продукции автомобильной промышленности, ориентированной на удовлетворение потребностей автомобильного транспорта. Таким образом, транспортный процесс становится интегральным индикатором фактического качества АТС при использовании его в условиях реальной эксплуатации. Надежность осуществляемого транспортного процесса, выраженная в приведенных выше терминах и определениях, является измеряемым показателем (критерием) этого индикатора применительно к выпускаемой продукции автомобильной промышленности – полнокомплектным АТС. Для практического использования такого подхода к оценке продукции автомобильной промышленности, изложенного в общей, теоретической постановке, необходимо внести некоторые пояснения. Во-первых, это касается вводимых понятий параметров транспортного процесса, как отражения потребностей автомобильного транспорта в приспособленности к транспортным (перевозки грузов определенного вида, размеров, веса, а также потребного объема перевозок, партионности, маршрутизации и др.) и дорожным (прочность покрытия дорог, ровность поверхности, рельеф, климат и т.п.) условиям. К числу потребностей относятся также показатели технических свойств и характеристик транспортных средств, их видов, типов, категорий. Удовлетворенность этих потребностей, выраженных в количественном или качественном виде, отражается надежностью транспортного процесса. Во-вторых, необходимо четкое представление об отказе транспортного процесса. Формально отказ можно представить как приостановку осуществления транспортного процесса, если АТС не соответствуют потребностям перевозки в транспортных, дорожных условиях или не обладают необходимыми конкретными характеристиками и свойствами. Отказ транспортного процесса выражается не только приостановкой его осуществления, но и отказом от приобретения транспортного средства на рынке или сокращением его продаж из-за неполного удовлетворения потребностей потребителя. При этом существенное значение приобретает разделение причин отказа. Выделяются отказы из-за неудовлетворенности потребителя по параметрам транспортных или дорожных условий и технические отказы собственно транспортного средства в эксплуатации, когда потребности потребителя формально выполнены, транспортное средство приобретено и эксплуатируется. Рисунок 1 - Структурно-функциональная схема автотранспортного комплекса В последнем случае надежность транспортного процесса смыкается с надежностью АТС как технического объекта. Надежность АТС в подобной постановке становится столь же интегральной оценкой в системах «типаж», «водитель – автомобиль - дорога - среда» и «автотранспортное предприятие», как и надежность транспортного процесса, если эта надежность определяется в условиях реальной эксплуатации.  - приостановки транспортного процесса (отказы АТС), - окончание восстановления (обслуживания) после отказа а) транспортный процесс как последовательность интервалов его осуществления и восстановления; б) транспортный процесс как накопление пробега автомобиля с перерывами на его обслуживание или восстановление Рисунок 2 – Представление транспортного процесса как набора случайных событий С практической точки зрения при таком подходе к оценке продукции автомобильной промышленности показателями, интегрирующими свойства и характеристики удовлетворения потребностей автомобильного транспорта, приоритетными являются безотказность и восстанавливаемость транспортного процесса. Заключение Стабилизация и развитие экономики любой страны, а тем более страны с такой колоссальной территорией, как Россия, начинается, как правило, с развития собственной транспортной системы. Основная цель - достижение уровня развития передовых стран и интеграция в мировую транспортную систему. Следует подчеркнуть направленность такого развития на максимальное удовлетворение интересов отдельного человека, т.е. обеспечение всех производственных структур и населения страны транспортными услугами в необходимом объеме и качестве. Острейшая необходимость развития транспортной системы России в настоящее время обусловлена рядом причин:

• проводящимися экономическими реформами, связанными с перераспределением форм собственности;

• нерациональным распределением объемов перевозок между отдельными видами транспорта,

• их слабым взаимодействием и рядом других факторов.

Стоит задача встать на путь развития и интеграции всех видов транспорта и транспортных структур в единую транспортную систему страны. Этот шаг приобретает особую актуальность при реализации государственного управления в период перехода к многоукладной экономике и различным формам собственности на транспорте. Главная цель на этом пути - обеспечение потребности России в транспортных услугах на наиболее эффективных условиях максимальной комфортности перевозок, безопасности и экологической защищенности окружающей среды. Современную цивилизацию невозможно представить без развитой транспортной системы, обеспечивающей широкомасштабный обмен сырьем, материалами, товарами, которые являются технологической основой экономики. Транспортные операции составляют необходимое условие протекания производственных процессов, и транспорт по праву называется кровеносной системой экономики. Причем удельный вес использования транспорта далеко не одинаков как в пассажирском и грузовом товарообороте, так и в различных регионах страны. Так сложилось вследствие многочисленных исторических, географических, экономических, социальных и других причин. Современный мировой транспорт руководствуется двумя принципами: обеспечить полный цикл перемещения по схеме «от двери до двери» (from door to door) и «точно в срок» (just in time). То есть, грузы должны быть перевезены от двери склада производителя или грузовладельца до дверей склада потребителя или грузополучателя. При этом ни грузовладелец, ни грузополучатель могут не участвовать в организации процесса перевозки. Они только оплачивают все расходы. То же и с пассажирами. Они должны быть перевезены от места отправления до места прибытия, например, от дверей своей квартиры или офиса до «дверей» в месте назначения. И весь процесс должен быть реализован в установленный срок. Конечно, такой транспортный процесс - идеальный вариант, но те виды транспорта, транспортные компании и фирмы, которые стремятся к этому, будут конкурентоспособными на современном транспортном рынке. Естественно, что реализация в транспортной деятельности упомянутых принципов, требует современной техники и инфраструктуры транспорта и, что очень важно, современных форм организации перевозок и управления на транспорте.

4.) Методы расчета железнодорожных станций развивались в течение длительного времени. Разные авторы предлагали различные подходы с более полным отображением тех или иных свойств. Основными методами были:

аналитический детерминированный, расчет по аналитическим формулам числа путей на станциях, пропускной способности устройств и др.;

вероятностный – станции рассчитывались как системы массового обслуживания;

графический – построение суточного плана-графика работы станции или графика движения поездов;

имитационное моделирование на компьютерных моделях с использованием стандартных языков моделирования или авторских разработок.

Сравнительная характеристика методов показала следующее:

аналитический метод прост, но плохо отображает структуру и случайные процессы, дает большие погрешности;

вероятностный плохо отображает структуру и управление;

графический плохо отображает случайные процессы;

наиболее совершенным методом является имитационное моделирование, однако он трудоемок и требует высокой профессиональной подготовки;

Расширение применения имитационного моделирования требует автоматизации процесса построения моделей. В этом случае этот метод может широко применяться для расчета и оптимизации любой сложности.

Глава 2 посвящена построению теоретической модели транспортной системы. Сущность любой модели заключается в том, что она должна правильно отображать свойства объекта исследования и быть более удобной с точки зрения исследования, чем реальный объект. Какие свойства существенны, а какие несущественны, зависит от цели исследования. Теоретическая модель транспортной системы должна в большей мере отображать закономерности, принципы и в меньшей форму их реализации в конкретной обстановке.

Анализ показал, главными процессами, которые должна отражать теоретическая модель, будут:

взаимодействие элементов в транспортной системе;

взаимодействие подсистем или систем;

сущностные черты процесса пропуска и переработки транспортных потоков;

задачи и сущность управления в транспортных системах.

Этого будет, в основном, достаточно, чтобы грамотно организовать процессы расчета и оптимизации транспортных систем с помощью правильно выбранных моделей, а также сделать обоснованные выводы по результатам моделирования.

В качестве элементов теоретической модели выбраны элементы «канал» и «бункер». В рассматриваемом аспекте эти элементы весьма абстрактны. «Канал» это обобщенное устройство, предназначенное для пропуска единиц потока, «бункер» - обобщенное устройство, имеющее свойство накапливать единицы потока и трансформировать его свойства. Транспортная система выполняет двойственную функцию – канала для пропуска потоков и бункера для поглощения и порождения всплесков.

Взаимодействие этих элементов в структуре проливает свет на многие технологические процессы в транспортных системах (рис. 1). В теоретической модели вся система представляет собой совокупный канал и бункер (рис. 1а) и состоит она также из каналов и бункеров, как элементов (рис. 1б).

Для построения идеальной модели необходимо уточнить исходные понятия. Потоком будем считать совокупность перемещающихся по системе дискретных единиц. Канал – элемент системы со следующими параметрами:

- входной поток w(t);

- выходной поток u(t);

- время хода ?(t);

- пропускная способность U.

Следует отметить, что входной и выходной потоки не превышают пропускной способности канала, изменяются во времени и выходной поток равен входному с некоторой разницей во времени. Кроме того, в отличие от пропускной способности, время хода по каналу не является постоянной величиной. То есть, для канала характерны следующие соотношения:

w(t) ? U, u(t) ? U, u(t) = w(?(t)).

Из-за непостоянства времени хода при прохождении через канал поток становится более дезорганизованным. Поэтому для пропуска потока требуется резерв пропускной способности:

где ? - расчётный поток.

Показатель дезорганизации потока ? можно рассматривать в данном случае как аналог коэффициента неравномерности kн. На выходе из канала дезорганизация возрастает:

?u = ?w + ??.

Бункером является элемент системы, описываемый следующими параметрами:

- входной поток w(t);

- выходной поток u(t);

- текущая ёмкость (состояние) q(t);

- предельная ёмкость (вместимость) Q.

Для бункера соблюдаются следующие условия:

q(t+1) = q(t) + w(t) - u(t).

Бункер, в отличие от канала, способен снижать неравномерность, то есть восстанавливать организацию потока:

?u = ?w – ??.

Таким образом, выходной поток из бункера является управляемым. Величина ?? зависит от вместимости бункера и его заполненности.

В реальной транспортной системе могут встречаться различные комбинации элементов. Набор элементов и схема их стыковки между собой задает различные типы взаимодействия. Например, в случае взаимодействия типа «канал – бункер – канал» возможны два основных случая, когда бункер поглощает всплески и когда он порождает их.

Для первого случая правомерны соотношения:

?u3 = ?w3 + ??3 .

??2 > ?w2 , то ?w3 = ?u2 = 0 , ?u3 = ??3 .

То есть степень «случайности» потока определяется только «помехами» выходного канала.

U3 << U1 .

Это очень важно, поскольку этим утверждается, что бункер согласовывает два канала с разной пропускной способностью (рис. 2).

При этом справедливо соотношение:

Содержательно это можно объяснить так: чем неравномернее входной поток и чем больше «демпфирующая» способность бункера ??, тем больше может быть разница в пропускной способности стыкующихся каналов.

При взаимодействии на уровне элементов согласуются параметры устройств. При взаимодействии на уровне подсистем согласуется управление в них, вводятся единые цели и критерии. В отличие от элементов подсистемы имеют динамические резервы. Понятие динамических резервов введено в противоположность статическим резервам. Статические резервы это резервы локомотивов, путей, мощности грузовых фронтов, бригад работников, которые задействуются в случае всплеска объема работы выше некоторого среднего объема. Динамические резервы могут быть измерены той частью статических резервов, на которую могут быть сокращены последние за счет эффективного управления. Задача взаимодействия подсистем ставится как максимизация суммарных динамических резервов.

- динамические резервы, соответственно, первой и второй подсистемы при обособленной работе;

- коэффициенты, учитывающие уровень взаимодействия, т.е. на сколько увеличиваются резервы подсистем при объединении их в систему.

равны нулю. Подсистемы работают, по сути, индивидуально, т.е. это две обособленные системы. Суммарные резервы (в обе стороны) равны:

При согласованном (управляемом) взаимодействии (рис. 3б) возникает эффект организации. Ускорение и замедление струй теперь происходит на протяжении всей системы, как единого целого. Размах управления больше. Возрастают и динамические резервы:

учитывают степень согласованности действий подсистем.

Рис. 3 Взаимодействие подсистем: А) несогласованное, Б) согласованное.

Первый тип взаимодействия даёт увеличение пропускной способности системы в целом и способности сглаживать потоки за счёт уменьшения диспропорции в параметрах технических средств, второй – за счёт повышения роли управления в условиях неравномерности. Следует отметить, что возможности управления (и размеры динамических резервов) тем больше, чем больше различных струй выделяется в потоке. Ибо различные струи требуют индивидуальных резервов. Или в более общей формулировке – чем больше разнообразия в подсистемах, тем заметнее эффект организации, объединения их в единую систему.

В работе описано четыре рода динамических резервов:

динамические резервы первого рода возникают при гибком взаимодействии струй однородных потоков за счет гибкой адресации;

динамические резервы второго рода возникают при взаимодействии разнородных струй, если при пропуске потоков согласованно используются одни и те же технические средства;

при управляемом взаимодействии производства и транспорта возникают динамические резервы третьего рода;

динамические резервы четвёртого рода образуются за счёт динамического изменения свойств структуры транспортной системы, а именно, временного увеличения пропускной способности одних каналов за счёт других.

В главе 3 излагаются принципы и методология выбора моделей по свойствам объектов и задачам моделирования. Опыт исследования, расчета и оптимизации транспортных систем различной природы позволяет выделить свойства систем, оказывающих главное влияние на результаты их функционирования. К таким свойствам относятся: сложность структуры, сложность технологии, наличие управления и случайных процессов (Рис. 4).

С позиций моделирования предлагается выделить четыре класса транспортных объектов, отличающихся приоритетами отображения тех или иных свойств:

объект «сортировочная станция» - важны структура, технология, случайные процессы, менее важно управление;

объект «грузовая станция» - отличается приоритетом поструйного управления потоками;

объект «транспортный узел», особенностью является необходимость отображения подсистем в системе.

Рис. 4. Классификация объектов моделирования по набору их свойств.

Для исследования транспортных систем наиболее часто на практике применяются следующие методы расчета: аналитический детерминированный, теория массового обслуживания, графический и имитационное моделирование.

Результаты исследования ошибок, возникающих при расчете транспортных систем различными методами, приведены на рисунке 5. Сравнительная оценка доказывает явные преимущества имитационного моделирования. Однако имитационное моделирование является трудоемким и недостаточно производительным подходом, когда имеется существенная многовариантность. В этом случае нужно использовать оптимизационные модели в различной постановке.

Рис.5. Ошибки при расчете транспортных систем различными методами.

Таким образом, выбор модели определяется важностью параметров, которые нужно отобразить в данном объекте при решении данной задачи. Но может встретиться такой набор параметров, который не может отобразить одна модель. Тогда следует использовать двухуровневые системы моделирования. Как правило, несовместимость параметров возникает, когда одновременно нужно преодолеть многовариантность (нужна оптимизационная модель) и достаточно полно отобразить внутреннюю структуру и технологию (имитационная модель).

В главе 4 дано понятие имитационной модели, разработана классификация имитационных моделей и изложена методология построения имитационной системы на примере системы «ИСТРА».

Имитационная система ИСТРА представляет собой абстрактную модель, которая при задании параметров структуры и технологии превращается в модель конкретного объекта.

– оператор управления.

Структура абстрактной модели выбрана таким образом, чтобы получить наиболее адекватное описание транспортных процессов и наиболее экономную реализацию на компьютере.

называется линейный дискретный полуавтомат, который определяют следующие параметры:

задаются два непересекающихся подмножества:

. Формула отображения имеет вид:

- состояние информационного элемента первого (нижнего) иерархического уровня;

- состояние соответствующего технологического элемента;

- коэффициент искажения.

- верхний иерархический уровень.

)-го уровня, поэтому верхний уровень управляющих элементов не имеет. Управляющие сигналы «передаются» с помощью управляющих операций, при этом также возможны различного рода искажения.

и задает:

могут пересекаться.

выполняет две функции:

абстрактной модели.

структуру конкретной (идентифицированной, настроенной) модели, включая структуру технологическую, информационную и управления. Под структурой здесь понимается граф, вершинами которого являются элементы, а дугами – связи между ними.

В абстрактной модели ситуации задаются как некоторые подмножества в пространстве состояний.

В технологическом пространстве состояний осуществляется вся «технологическая» работа, т.е. выполняются технологические операции и осуществляется динамика состояний технологических элементов (имитация приема и отправления поездов, расформирования и формирования составов, погрузки и выгрузки вагонов и т.п.).

В информационном происходят информационные процессы – движение информации вверх по уровням с учетом обобщения и обмен сообщениями внутри уровня.

В управляющем пространстве состояний осуществляются управляющие операции и изменяется состояние управляющих элементов.

В главе 10 приведены примеры расчета и оптимизации крупной припортовой и сортировочной станций, системы обеспечения порожняком пунктов погрузки и организация согласованного подвода сырья к металлургическому комбинату.

Расчет припортовой станции методом имитационного моделирования позволил получить исчерпывающую характеристику ее технического оснащения и ее работы, в том числе:

пропускную и перерабатывающую способность;

«узкие места» структуры;

«узкие места» технологии;

показатели работы станции при заданных потоках.

Совместное использование оптимизационной и имитационной моделей позволило оптимизировать работу крупных сортировочных станций Свердловск-сортировочный, Пермь-сортировочная, Войновка, Лиски, Кочетовка, Челябинск-главный и других. При этом модели стали основными блоками системы автоматизированного управления. Эффект от использования системы на сортировочной станции заключается в:

снижении простоя составов в ожидании локомотивов и локомотивных бригад;

сокращении простоя локомотивов в ожидании составов поездов;

сокращении времени простоя вагонов на сортировочной станции в целом и, как следствие, сокращение оборота вагона;

освобождении диспетчерского персонала станции от ручной обработки информации.

Снижение времени нахождения на станции транзитного вагона с переработкой и без переработки составляет 0,12 – 0,18 ч.; поездного локомотива – 0,07 – 0,09 ч.; локомотивной бригады – 0,05 – 0,07 ч.

Двухуровневый подход был использован и при организации согласованного подвода сырья к металлургическому комбинату ОАО «Северсталь». Здесь удалось сократить число вертушек с 55 - 60 до 48 - 53 без снижения надежности обслуживания. Оборот вертушек снизился с 6 - 7 суток до 5 - 5,5 суток и было высвобождено 400 полувагонов. Экономия при закупке вагонов могла бы составить более 360 миллионов рублей. Но более реальна другая оценка. Высвободившимся парком полувагонов можно обеспечить перевозку 1 млн. тонн грузов. Это даст отрасли дополнительные доходы на сумму порядка 180 миллионов рублей.

Совместное использование оптимизационной и имитационной моделей доказывает высокую эффективность такого подхода. На этой основе следует строить системы поддержки принятия решений и системы автоматизированного управления на железнодорожном транспорте.

В том числе, получены следующие результаты.

Предложена классификация основных аспектов функционирования (свойств) транспортных систем, определяющих выбор метода расчета. К ним относятся:

качественные особенности внутренней структуры;

технология;

взаимодействие случайных процессов;

управление.