Формализация процессов взаимодействия промышленного и магистрального железнодорожного транспорта

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И МАГИСТРАЛЬНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Гарлицкий Е.И., аспирант кафедры «Станции, узлы, технология грузовой и коммерческой работы», Дальневосточный

государственный университет путей сообщения Телегина В.А., к.т.н., доцент кафедры «Станции, узлы, технология грузовой и коммерческой работы», Дальневосточный

государственный университет путей сообщения

Рассмотрена возможность использования метода агрегатов для формализации системы «станция примыкания - путь необщего пользования» с целью оперативной пооперационной и процессной финансовой оценки выполняемых технологических процессов при создании интеллектуальной системы взаимодействия магистрального и промышленного транспорта. Взаимодействие станции и подъездного пути рассматривается как последовательность взаимосвязанных системных событий. Формализация процессов в системе «станция примыкания - путь необщего пользования» позволит в оперативном режиме иметь полную информацию о грузовой отправке с тем, чтобы принимать оптимальное решение по организации обслуживания грузовых фронтов, управление процессом маневрового обслуживания грузовых фронтов и учесть возможные экономические риски при выполнении технологических процессов в системе «станция примыкания - путь необщего пользования».

Ключевые слова: интеллектуализация, агрегативное состояние, формализация, взаимодействие, промышленный и магистральный железнодорожный транспорт

FORMALIZE THE PROCESS OF INTERACTION BETWEEN INDUSTRY AND MAINLINE RAILWAY

Garlitsky E., the post-graduate student, Stations, components, technology cargo and commercial work chair, Far Eastern State University of

Railway Transport

Telegina V., Ph.D., Stations, components, technology cargo and commercial work chair, Far Eastern State University of Railway Transport

The possibility of using units for formalization of the “junction station - the way non-public ” for the purpose of operational and process transaction-financial assessment process carried out by the creation of intellectual interaction between the main system and industrial vehicles. The interaction of the station and the access road is regarded as a sequence of related system events. The formalization of the processes in the system “connecting station - the way non-public ” will allow on-line to have complete information about the consignment in order to make the best decisions for the organization of servicing freight fronts, managing shunting service truck fronts and take into account the potential economic risks associated with the implementation process in the “junction station - the way non-public.”

Keywords: intellectualization, aggregation state, the formalization of the interaction, industrial and mainline railway.

В соответствии с концепцией Федерального закона РФ «Интеллектуальная транспортная система Российской Федерации» одним из путей развития транспорта является формирование интеграционных процессов в транспортной сфере на основе современных автоматизированных и автоматических технологий управления.

Интеллектуализация транспорта может стать эффективным инструментом в реализации «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г.» Развитие интеллектуальных транспортных систем (ИТС) является важной составной частью «Стратегических направлений научно-технического развития ОАО «РЖД» до 2015 г.» [2].

В едином формате информационного взаимодействия ИТС Российской Федерации включает в себя сегменты (интеллектуальные транспортные системы и структуры) всех форм собственности. ИТС - часть инфраструктуры транспортного комплекса РФ, реализующая функции автоматизированного управления, информирования, учета и контроля для обеспечения технологических, финансовых, информационных и юридических потребностей участников транспортного процесса.

В формате ИТС железнодорожного транспорта одним из ключевых сегментов является система взаимодействия магистрального и промышленного железнодорожного транспорта. Данная система взаимодействия относится к кластеру «функционал дорожной инфраструктуры ИТС», который включает «грузовые перевозки», «информирование участников транспортного процесса», «управление данными» [1].

При этом сложность создания интеллектуальных транспортных систем обуславливается сложностью транспортных процессов, в которых устойчивое, экономически эффективное и безопасное функционирование железнодорожного транспорта достигается приданием блокам принятия управленческих решений элементов интеллектуального поведения. Это возможно за счет соответствующих математических моделей поведения транспортной системы, что потребует формализовать все процессы (технологические, информационные, правовые, технические, экономические).

Целью исследования является разработка формализованного описания функционирования процессов взаимодействия промышленного и магистрального железнодорожного транспорта в узлах.

В соответствии с транспортным законодательством перевозчик несет финансовую ответственность за несвоевременное обслуживание грузовых фронтов. В существующих моделях работы грузовых станций в качестве критерия оптимальной очередности обслуживания грузовых фронтов используются простои местных вагонов. При этом финансово-правовые риски, возникающие на стыке «станция примыкания - путь необщего пользования», не учитываются (например, выплата штрафов за несвоевременную подачу и уборку вагонов и т.п.). Необходимо формализовать процессы взаимодействия промышленного и магистрального железнодорожного транспорта, что позволит в дальнейшем построить модель выбора оптимального управления процессом маневрового обслуживания грузовых фронтов с учетом возможных экономических рисков при выполнении технологических процессов в системе «станция примыкания - путь необщего пользования». Работа выполняется с использованием теории агрегативных систем. Для представления системы необходимо иметь описание как его элементов, так и взаимодействия между элементами. В качестве элемента такой системы выступает агрегат.

Взаимодействие магистрального и промышленного железнодорожного транспорта относится к числу сложных технологических процессов, обладающих целым рядом характерных особенностей. К их числу следует отнести: неполноту описания и условий функционирования взаимодействия, наличие неопределенных и трудно формализуемых факторов, многокритериальность задач управления и необходимость выработки решений в условиях жестких временных ограничений, определяемых реальным ходом технологического процесса. Перечисленные особенности позволяют отнести рассматриваемую систему «станция - путь необщего пользования» к классу так называемых слабоструктурированных (слабо формализованных) объектов математического моделирования.

Для слабо формализованных систем не удается математически корректно описать на языке уравнений законы их функционирования. С этой целью необходимо использовать технологии моделирования и принятия решений.

При разработке интеллектуальных систем управления технологическими процессами на железнодорожном транспорте необходимо решить ряд задач, связанных с выбором адекватного математического аппарата, разработкой механизмов выработки управляющих решений. Система взаимодействия станции и пути необщего пользования одна из наиболее сложных в транспортном процессе, поскольку имеют значение технические характеристики ее элементов, особенности технологии работы, характер производства, род груза и другие факторы. Учесть эти факторы при формализации процесса взаимодействия возможно с использованием метода агрегативного описания состояния грузовой отправки при нахождении в системе. Когда элементы системы описываются разнородными математическими схемами (некоторые - конечными автоматами, другие динамическими системами, третьи - системами массового обслуживания), из-за отсутствия единого формального описания элементов трудно рассчитывать на создание общих методов исследования системы в целом. Введение унифицированной абстрактной схемы, позволит единообразно описать все элементы системы, которая должна содержать математические схемы (дискретные, непрерывные, детерминистические, стохастические) как частные случаи. Данная схема позволит учесть как функционирование отдельных элементов, так и всего транспортного узла в целом, ускорить продвижение и сократить время оборота вагонов на путях необщего пользования, осуществить более эффективное использование маневровых локомотивов и переход промышленного и магистрального транспорта на новую систему экономического стимулирования.

Формализация процессов в системе «станция примыкания - путь необщего пользования» необходима для того, чтобы в оперативном режиме иметь полную информацию о грузовой отправке с тем, чтобы принимать оптимальное решение по организации обслуживания грузовых фронтов.

Рис. 1. Формализованное описание агрегатов А-схемы (грузовая отправка, прибывает на путь необщего пользования,

обслуживаемый маневровым локомотивом станции)

' Задержка в пути Г следования |

ы 1 Характеристика грузовой отправки |

I стыковой

ПУНКТ

Время

проследования стыкового пункт.

Извещение о

прибытии__________

Задержка в пути следования

Дислокация грузовой отправки

сг Согласованж S')

Z| времени подачи у Уведомление

о подаче вагонов пол погрузку ИЛИ _____

11Ы1р\1К\ Гу

ш

Время до окончания срока 11 доставки

' Характеристика грузовой отправки

Совокупность моменто!

прибытия в парк приема А\

поездов в расформирование

Свободность}стройства и ПАРК

оборудование с помощью ПРИЕМА

которого осуществляются

операции по прибытию (пуп

парка на которых составь

находятся в процесс!

технического осмотра

бригада осмотрщико!)

Совокупность моментов окончания обработки составов поездоЕ прибывающих I расформирование _______

срока доставки Согласованж

~ I Свободность ^ 41 маневровы>

I СреДСТЕ

Дислокация J времени подачи

грузовой отправки ^3 вагонов

Дислокация маневровогс локомотива

Свободность МАНЕВРОВЫЙ

ДИСПЕТЧЕР

локомотива

поездов

прибывающих I расформирование

Характеристика [ грузовой отправки

Полезная длина выставочного жд пути Сдача вагонов с проверкой

Размер одновременнс коммерческом отношении

вагонов _

Момент передачи вагонов на жя выставочный путь ВЫСТАВОЧНЫЙ ЖД ПУТЬ вагонов готовых к подаче не жд путь необщегс пользования

Уведомление о подаче

Количество грузовых операций

Вместимосп грузового фронта

Совокупное!!

^4 моментов окончанш расформирования составов поездоЕ

СОРТИРОВОЧ Время перестановки на выставочный путь

НЫЙ ПАРК

вого фронта

46 вагонов на жд выставочные пути и еда1 их перевозчику

НШЫЦКГ! ПОЛЬЗОВАНИЯ

Рис.2. Формализованное описание агрегатов А-схемы (грузовая отправка, прибывает на путь необщего пользования, обслуживаемый

маневровым локомотивом ветвевладельца)

Необходимо, чтобы унифицированная схема имела динамический характер, описывала обмен сигналами с внешней средой и учитывала действие случайных факторов.

Наиболее известным общим подходом к формальному описанию процессов функционирования систем является подход, предложенный Н.П. Бусленко. Этот подход позволяет описывать поведение непрерывных и дискретных, детерминированных и стохастических систем, т. е. является обобщенным (универсальным) и базируется на понятии агрегативной системы, представляющей собой формальную схему общего вида, которую будем называть А-схемой [3]. В качестве элемента А-схемы выступает агрегат. Элементы А-схемы представлены на рис. 1, 2.

Приведем структуру системы «станции примыкания - пути необщего пользования» и ее внутренних связей, внешнюю среду и ее связи с системой, определим область применения разработанной модели. Для построения формального понятия системы остается выбрать достаточно удобные способы формализации и математического описания взаимодействия между агрегатами.

Для представления системы необходимо иметь описание, как его элементов

с

так и взаимодействия между элементами. Агрегат

есть объект, задаваемый множествами моментов времени Т, входных сигналов X , управляющих сигналов § , внутренних состояний

^, выходных сигналов ^ , подмножествами ^ ^ ) и операторами переходов V ',У ",и (в новое состояние) и выходов G" .

Поэтому для построения формального понятия системы остается выбрать достаточно удобные способы формализации и математического описания взаимодействия между агрегатами.

Агрегат находится в одном из счетного числа состояний, каждое из которых характеризуется набором дискретных и непрерывных переменных и имеет X входных и ¥ выходных полюсов. Переход системы из одного состояния в другое описывается путем изменения

значений переменных. Функционирование агрегата определяется на множестве моментов времени

Т = {0, V t2,...,tz }

z , в кото-

рые происходят одно или несколько событий.

При формализации выбранной системы рассматриваются агрегаты (стыковой пункт, парк приема, сортировочный парк, выставочный путь и т.д.), для которых законы поступления входных и управляющих сигналов заданы, а также агрегаты, являющиеся входными и управляющими полюсами А-системы (стыковой пункт, железнодорожный путь необщего пользования); рассмотрение внутреннего агрегата А-системы, для которого входные и управляющие сигналы вырабатываются в процессе моделирования А-системы как выходные сигналы других агрегатов (маневровый диспетчер и т.д.).

Каждый АП (в том числе и ^0 ) как элемент А-схемы в рамках принятых предположений о механизме обмена сигналами доста-

х (п) X (п) X (п) Г х

точно охарактеризовать множеством входных контактов 1 ’ 2 I , которое обозначим Г

п {

ством выходных контактов

'

1

2

l

которое обозначим

n = 0, N

. Полученная пара мно-

является математической моделью элемента

С

n

Элементарные сигналы системы

x^(t),i = 1,2,...,n;Xi є Xi

используемого для его формального описания.

gs(t Xs = 1,2,..., m; gsє Г s

У1 (^ . Прямоугольники, помеченные буквами , А2 и т.д., обозначают агрегаты А

системы.

Функционирование А - системы связано с переработкой информации, передача которой показана стрелками.

Представим грузовую отправку как элемент системы «станция примыкания - железнодорожный путь необщего пользования» в виде агрегатов, представленных на рис. 3, 4.

Для описания взаимодействия станции примыкания и пути необщего пользования достаточно некоторого конечного набора характеристик. Взаимодействие рассматривается как последовательность взаимосвязанных системных событий. Вид моделирующего алгоритма будет зависеть от того, известны ли заранее моменты поступления входных и управляющих сигналов и моменты последующих особых состояний. Критерием оптимальности работы оперативных работников является простой вагонов в ожидании подачи и уборки на грузовые фронты. Сейчас, когда стоит вопрос об учете экономических рисков с целью повышения эффективности работы [4], необходимо учитывать не только этот критерий оптимальности, но и возможные финансово-правовые риски с несвоевременной подачей или уборкой вагонов с конкретных путей необщего пользования.

Изучение взаимодействия агрегатов в А-системе в дальнейшем может быть сведено к рассмотрению сопряжения агрегатов, согласования совокупности сигналов, оценки воздействия агрегата, выдающего сигнал, на агрегат, принимающий этот сигнал, определения момента возникновения потребности управляющего воздействия.

Основой функционирования интеллектуальной системы «станция примыкания - путь необщего пользования» становится оценка и интеллектуальное прогнозирование состояния процесса взаимодействия с целью адаптивного управления и поддержки принятия решений. Для формирования управляющих воздействий в системе поддержки принятия решений предлагается агрегативный подход. Представляется целесообразным на основе разработанного формализованного описания взаимодействия промышленного и магистрального железнодорожного транспорта в дальнейшем составить комплекс алгоритмов для оперативной пооперационной и процессной финансовой оценки выполняемых технологических процессов в системе «станция примыкания - путь необщего пользования», стоимостной оценки непроизводительных потерь технологических процессов. Формализация процессов взаимодействия в транспортном узле с помощью методов агрегатов позволит выбрать оптимальное управление процессом маневрового обслуживания грузовых фронтов и учесть возможные экономические риски при выполнении технологических процессов в системе «станция примыкания - путь необщего пользования».

Использование агрегатов позволит «навесить» на грузовую отправку ярлыки, характеризующие отправку по сроку доставки, возмож-

Рис. 3. Структура агрегативного состояния грузовой отправки, прибывающей на путь необщего пользования, обслуживаемый

маневровым локомотивом станции

Рис. 4. Структура агрегативного состояния грузовой отправки, прибывающей на путь необщего пользования, обслуживаемый

маневровым локомотивом ветвевладельца

ности подачи на грузовой фронт, время оформления выдачи груза и т.п., что позволит исключить человеческий фактор и выбрать оптимальную очередность подачи и уборки вагонов с учетом экономических рисков. Агрегативная система при этом позволяет рассматривать несколько параметров, характеризующих отправку. Разработанная агрегативная модель процессов взаимодействия станции примыкания и железнодорожного пути необщего пользования позволит выявить сопряженные связи, зависимости, влияющие на состояние процесса взаимодействия, определить моменты возникновения потребности управляющего воздействия.

Литература:

1. Концепция Федерального закона РФ «Интеллектуальная транспортная система Российской Федерации»

2. Стратегия инновационного развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 года // http: // rzd-expo.ru/innovation/ Strategia_in_razvit.pdf

3. Советов, Б.Я. Моделирование систем. М : Высшая школа, 2001. - З4З с.

4. Поддержка принятия управленческих решений на основе интеллектуальной обработки и анализа данных мониторинга деятельности компании ОАО «РЖД» / А.В. Ахметзянов [и др.] // Управление большими системами. Вып. З8. М. : ИПУ РАН, 2012. С. З6 - 50.