Лекція 1 1. ВСТУП

Високий рівень вимог до ефективності керування перевезеннями на залізничному транспорті визначає потребу у високому рівні його інформатизації. Інформаційні технології сьогодні стають не просто засобами підтримки керування, а одним з найважливіших елементів інфраструктури залізниць. З розряду допоміжних засобів вони переміщаються в клас основних технологій і стають визначальною умовою вдосконалювання керування перевезеннями.

За останні 100 років зросли обсяги виробництва і продуктивності праці приблизно в 15 разів. У той самий час методи управління залишалися незмінними і поступово стали стримувати розвиток виробництва. На залізничному транспорті це стало особливо помітно починаючи з 50-х років, оскільки почався перехід до електричної і тепловозної тяги, унаслідок чого виявилося можливим різко збільшити обсяги перевезень, отже зросло і заповнення пропускний спроможності залізниць. Керувати перевізним процесом в умовах насичення пропускної спроможності значно складніше.

В міру зростання обсягів перевезень збільшилося і число керованих об'єктів (поїздів, вагонів) на кожній ділянці управління. Для оперативного керівника (диспетчера) це означає збільшення обсягу інформації, що переробляється, і числа прийнятих рішень за одиницю часу (тобто разом зі зростанням обсягів перевезень зростає напруженість у роботі диспетчера). Зменшити напруженість можна, збільшуючи штат управлінського персоналу (екстенсивний шлях), або прискорюючи процес опрацювання інформації та прийняття рішень (інтенсивний шлях).

В силу різних причин існує нерівномірність процесів перевезень. Треба зменшити її негативний вплив на кінцевий результат. Як це зробити? Необхідно спрогнозувати розвиток ситуації (при цьому особлива увага приділяється глибині і точності прогнозу). В більшості випадків досвіду, знань, інтуїції диспетчерів не досить для того, щоб скласти такий прогноз; потрібно застосовувати математичні методи, моделювання, використовувати досвід, накопичений експертними системами.

Виникла необхідність удосконалення управління транспортом. Основним напрямком удосконалювання управління є застосування наукових методів і технічних засобів (ЕОМ) для опрацювання інформації, зв'язаної з управлінням. Тому в 60-х роках було прийняте рішення про створення галузевих автоматизованих систем управління (АСУ), наразі на транспорті - АСУЗТ). Мета АСУЗТ - удосконалення управління експлуатаційною діяльністю залізниць .

Автоматизація перевізного процесу на залізничницях України почалася в середині 70-х років у складі СРСР. Генеральним розробником всіх АСУ було визначено ПКТБ АСУ ЗТ (м. Москва).

У силу слабкого рівня розвитку обчислювальної техніки і каналів зв'язку, що існував на той час, автоматизація почалася зі створення АСУ сортувальними станціями (АСУСС). Ці системи довгий час залишалися локальними.

На початку 80-х років була розпочата розробка систем оперативного управління перевезеннями на рівні залізниці (АСОУП). Вони базувалися на більш потужній обчислювальній техніці та забезпечували ведення інформаційної поїзної моделі залізниці. Але головним досягненням цього етапу автоматизації було створення єдиної обчислювальної мережі всіх залізниць Радянського Союзу, що функціонували в реальному масштабі часу. Тим самим була закладена основа для наступного розвитку АСУЗТ, інформаційні операції були включені у технологічні процеси управління перевезеннями, створилося широке коло фахівців, не тільки тих, що експлуатують обчислювальну техніку, але і здатних брати участь у розробці нових задач.

Оскільки був створений типовий програмно-технічний комплекс інформаційно-обчислювального центру залізниці (ІОЦ), на його основі під загальним керівництвом проектно-конструкторського технологічного бюро ПКТБ АСУЗТ почався процес створення і тиражування нових систем і задач: інтегрованої обробки дорожньої відомості (ІОДВ, ЄК ІОДВ), діалогової інформаційно-довідкової системи контролю оперативної роботи (ДІСКОР), інтегрованої обробки маршруту машиніста (ІОММ) тощо. Ослаблення централізації розробки мало і негативні наслідки – почала з'являтися різниця між ІОЦ по версіях реалізації окремих задач.

Також на початку 80-х років Всесоюзнім науково-дослідним інститутом залізничної автоматизації ВНДІ ЗА (м. Москва) була розроблена «Автоматизована система резервування місць і продажу проїзних документів» – Експрес-2, перший регіональний центр якої був введений в експлуатацію в Москві в 1982 році. До розпаду СРСР ця система була запроваджена на всіх залізницях Радянського Союзу.

Після розпаду СРСР проблеми подальшої автоматизації перевізного процесу на залізницях України набули особливого значення і зосередилися на ІОЦ залізниць. Всі наукові інституції та проектно-конструкторські заклади лишилися за кордоном.

Перед колективами ІОЦ шести залізниць України постала задача, замість впровадження чужих розробок, продовжити займатися розвитком інформаційних технологій перевізного процесу шляхом створення в середовищі АСОУП таких нових автоматизованих систем, як:

1. контроль дислокації контейнерів (АССК),

2. облік технічного стану і ремонту вантажних вагонів (УТСРГВ),

3. планування ремонту вантажних вагонів по виконаному об'єму робіт (ПРОБІГ),

4. облік знаходження вагонів на під'їзних коліях підприємств (САУПП),

5. облік орендованих вагонів (ОРЕНДА),

6. обробка результатів перепису вагонів і контейнерів (ПЕРЕПИС),

7. звіряння вагонних моделей залізниці й Укрзалізниці (СВМДУ).

Так, у 1994 р. фахівці ІОЦ Придніпровської залізниці, спільно з фахівцями ГІОЦ УЗ створили дорожню систему ведення архіву даних про вантажні вагони, що дозволило забезпечити доступ користувачів АСОУП до цих даних глибиною до п’яти і більше років. У 1995 р. ІОЦ Придніпровській залізниці наказом УЗ була доручена розробка автоматизованої системи спостереження за вагонами інших держав (АССВ), що разом із відповідною системою в ГІОЦ УЗ повинна була забезпечити проведення міждержавних взаєморозрахунків за користування вагонами й оперативне визначення місцезнаходження цих вагонів. У процесі розробки були запропоновані нові підходи, що дозволили розширити задачу так, щоб створити інформаційну вагонну модель залізниці (ВМД), що ведеться на базі діючих повідомлень комплексів поїзної моделі залізниці (ПМД) і оперативного контролю навантаження вагонів (ОКПВ). З 1997 р. ВМД експлуатується на всіх залізницях України. Це означає, що в моделі зберігаються дані про історію подій зі всіма вагонами після 1997 року.

Фахівцями Львівської залізниці у 1998 р. у замін ІОДВ була розроблена автоматизована система комплексної обробки перевізних документів (АСКОПД).

Фахівцями Південної залізниці у 1999 р. розроблена нова версія АСУСС, а на її основі створена комплексна система електронного обміну даними(КСЕОД), що досі експлуатується на 20 великих станціях України.

В області пасажирських перевезень фахівцями Південно-західної залізниці розроблена і здана в експлуатацію система Експрес-УЗ.

На рубежі віків на залізницях України експлуатувалися наступні автоматизовані інформаційні системи:

• АСОУП (на всіх ІОЦ), включно з поїзною моделлю залізниці розробки ПКТБ АСУ ЗТ, вагонною моделлю залізниці розробки ІОЦ Придн., контейнерною моделлю залізниці розробки ІОЦ Придн.;

• АСКОПД (Львівська, Південна, Донецька залізниці);

• ЄК ІОДВ (Придніпровська, Одеська залізниці);

• ДІСКОР (на всіх ІОЦ);

• ІОММ (Львівська, Одеська, Донецька залізниці);

• КСЕОД (на 20 станціях усіх залізниць УЗ);

• АСУ СС (ЄС-1011, СМ-2) – на ряді станцій усіх залізниць УЗ;

• Експрес-2 – на 5 залізницях УЗ;

• Експрес-УЗ – на Південно-Західній залізниці;

• Перша черга автоматизованої системи керування експлуатацією і ремонтом пасажирських вагонів лінійного і дорожнього рівнів – на Придніпровській залізниці.

Незважаючи на досить успішне функціонування окремих компонентів автоматизованих інформаційних систем, забезпечувати всі зростаючі інформаційні потреби розвитку Укрзалізниці на їх основі було складно. Нові економічні умови господарювання вимагали рішення нових, комплексних задач. До таких задач відносяться, наприклад, контроль за просуванням окремої відправки, керування термінами доставки вантажів, оперативний контроль за станом платоспроможності клієнтів (включаючи динамічне ведення їх особових рахунків), ведення енергетичної моделі перевезень у взаємодії з поїзною, вагонною і локомотивною інформаційними моделями, ведення інформаційних моделей під'їзних колій промислових підприємств тощо.

«Моральна застарілість» більшості програмно-технічних рішень діючих ІС не дозволяла забезпечити ефективну роботу в ринкових умовах. Вживані програмні засоби загального призначення не пройшли міжнародну сертифікацію, не передбачали інформаційної взаємодії з ІС інших відомств і держав.

Тому з 2000-го року за вказівкою керівництва УЗ Головне управління інформатики і статистики (ГІОЦ) приступило до розробки нової комплексної автоматизованої системи керування залізничним транспортом України (АСК УЗ). Однією із найважливіших вимог до новостворюваної АСК УЗ була її повна спадковість стосовно діючих ІС і забезпечення безперервності переходу від «старих» до нової системи протягом декількох років. Що й було здійснено три роки тому.

Впровадження в експлуатацію АСК УЗ дозволило:

1). уніфікувати в масштабах УЗ весь комплекс технічних засобів, істотно розширити можливості використання сучасних ліцензійних програмних продуктів і технологій.

2). перейти на новий, сучасний стандарт інформаційного обміну в системі, максимально сумісний із Internet, із стандартом МСЖД та з автоматизованими системами інших відомств і держав.

3). перейти від окремих баз даних до єдиної інтегрованої БД галузі, відповідним чином розподіленої між вузлами мережі УЗ.

4). забезпечити принципову відкритість системи до залучення нових задач, модифікації «старих», включення в неї нових вузлів і кінцевих робочих місць – АРМів.

ЛЕКЦІЯ 2 2. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТЕОРІЇ УПРАВЛІННЯ СКЛАДНИМИ СИСТЕМАМИ.

2.1. Складні системи.

Система - це комплекс взаємозалежних елементів. Система має властивості, якими не володіє жоден з окремо узятих елементів (локомотив, як система, має властивість рухати склад поїзду, тоді як окремі його елементи - не мають).

Систему можна поділити на підсистеми, кожну з яких можна у свою чергу поділити на більш дрібні підсистеми, і так доти, поки не отримаемо неподільні (для даної задачі) елементи.

Кожне підприємство, наразі транспорт, також можна розглядати як систему, що складається з великої кількості взаємозалежних підсистем (транспортна мережа, мережа залізниць, станції, локомотиви, вагони, тощо).

Між елементами системи існують фізичні й інформаційні зв'язки. Фізичні зв'язки вивчають технічні науки. У теорії управління розглядаються тільки інформаційні зв'язки.

Дія всіх підсистем і системи в цілому скеровані на досягнення єдиної мети (наприклад для транспорту це забезпечення потреб клієнтів в перевезеннях). Результат роботи системи (тобто ступінь досягнення мети) залежить від стану системи і окремих її підсистем, який характеризується сукупністю визначених параметрів x₁,...,x_n. Цільова функція системи:

Y=f(x₁,...,x_n).

У складних системах кількість підсистем велика, їхні функції різноманітні і взаємозалежні, тобто зміни в одних викликають зміни в інших (наприклад: збільшення потужності локомотивів призводить до необхідності збільшення довжини колій на станціях).

Унаслідок наявності випадкових впливів зв'язки в складних системах носять ймовірнісний характер. Усе це характеризує складність транспортних систем.

Системи, у яких безперервно в часі відбуваються зміни, називаються динамічними.

Таким чином транспорт - складна динамічна система.

Сучасний залізничний транспорт відноситься до розряду надзвичайно складних технічних і організаційних систем, управління якими наразі практично неможливе в рамках напрацьованих раніше традиційних підходів. Складність транспортної інфраструктури і її об'єктів (залізничні вузли, станції, транспортні коридори тощо) принципово виключає можливість роботи в повністю автоматичному режимі. Іншими словами, ефективно управляти такою системою класичними методами вирішення складних завдань математичного моделювання неможливо, потрібні пошук і розробка нових підходів. Великі надії при цьому покладають на інтелектуальні системи, які поряд з точними математичними моделями використовують відомості та знання, накопичені в процесі попередньої діяльності.

В основі роботи таких систем може, а іноді й повинен лежати формалізований досвід висококваліфікованих фахівців. Виходячи із цього керівництво Укрзалізниці потребує зараз розробки фундаментальних основ створення інтелектуальних залізничних систем керування з використанням комплексних міждисциплінарних підходів, які в короткий термін можуть знайти практичне застосування.

Залізничним транспортним системам управління, як і складним системам взагалі, властиві принципова неточність і невизначеність як у даних, так і в прийнятих управлінських рішеннях. Це дозволяє віднести такі системи з математичної точки зору до класу некоректних задач і змушує по-іншому оцінювати якість прийнятих технічних і управлінських рішень. У цьому випадку оперативність прийнятих рішень відіграє більшу роль в порівнянні з їх оптимальністю в строгому математичному смислі

Для досягнення найкращих результатів функціонування системи (max чи min цільової функції Y) необхідне управління. Управління можна розглядати як цілеспрямований вплив на систему (об'єкт управління), що сприяє досягненню нею заданих цілей.

Управління здійснює орган управління.

Наука про управління (кібернетика) вивчає загальні закономірності в складних (технічних, адміністративних, соціальних) системах.

Процес управління – інформаційний процес, тому що його основу складає інформація. Інформація – це тільки ті відомості про стан системи чи зовнішнього середовища, які необхідні для управління. Процес управління можна представити у вигляді циклічного проходження певних етапів (рис.1):

Щоб зрозуміти, для чого ж необхідне управління, треба розглянути поняття організації виробництва. Організація виробництва – це сукупність правил, що визначають порядок поводження персоналу і роботи технічних засобів на підприємстві (на станції - ТРА, технологічний процес, посадові інструкції). Метою організації виробництва є забезпечення чіткої, злагодженої роботи підприємства, а також виконання ним встановлених показників.

Під впливом різних (часто непередбачуваних і випадкових) факторів установлений порядок роботи підприємства порушується (утворюється стан так званої невпорядкованості) і щоб його (порядок роботи підприємства) відновити необхідне управління. Отже, управління необхідне для зменшення невпорядкованості в складних системах управління (I-а функція управління).

Етапи управління:

1. Кількісні значення

ряду змінних (x₁,...,x_n).

2. Алгоритм управління, сукупності математичних методів.

3. Рекомендації, команди.

Даний етап не відноситься до

управління, це етап виконання.

Рисунок 1 Цикл управління

II-а функція управління (більш важлива) - удосконалення організації виробництва. Удосконалення організації виробництва може бути викликано зміною обсягів роботи, умов функціонування, упровадженням нової техніки, істотною зміною технології, приходом нових людей на виробництво.

Чим вище рівень організації виробництва - тим менше необхідність у I-й функції управління. II-а функція необхідна постійно, незалежно від рівня організації виробництва.

ЛЕКЦІЯ 3 2.2. Класифікація АСУ.

За ступенем автоматизації

Автоматизовані – частина функції (підсистем) управління або опрацювання даних здійснюється автоматично, а частина — людиною (більшість ІС на залізничному транспорті).

Автоматичні – усі функції управління й опрацювання даних здійснюються технічними засобами без участі людини (наприклад, автоматичне керування технологічними процесами, гіркова автоматична централізація, рух поїзда).

За сферою призначення

Оскільки АСУ створюються для задоволення інформаційних потреб в межах окремої предметної галузі, то кожній предметній галузі відповідає свій тип АСУ. Перераховувати всі ці типи немає змісту, оскільки кількість предметних галузей велика, але можна вказати наприклад такі типи АСУ:

Економічні призначені для виконання функцій управління на підприємстві;

Медичні – для використання в лікувальному або лікувально-профілактичному закладі;

Адміністративні;

Виробничі;

Навчальні;

Екологічні;

Криміналістичні;

Військові тощо.

У залежності від об'єкта управління виділяють два основних класи АСУ з використанням ЕОМ:

1. системи управління технологічними процесами АСУТП (об'єкт управління - установки, прилади, механізми; інформація передається у вигляді сигналів);

АСУТП призначені для автоматизації праці інженерів-проектувальників і розробників нової техніки (технології). Такі ІС допомагають здійснювати:

розробку нових виробів і технологій їхнього виробництва;

різноманітні інженерні розрахунки (визначення технічних параметрів виробів, видаткових норм — трудових, матеріальних і т. д.);

створення графічної документації (креслень, схем, планувань);

моделювання проектованих об'єктів;

створення керівних програм для верстатів із числовим програмним управлінням.

2. системи організаційного чи адміністративного управління (АСОУ) (об'єкт управління включає працівників; інформація передається у формі документів-розпоряджень).

АСОУ призначені для автоматизації функції адміністративного (управлінського) персоналу. До цього класу відносяться ІС керування як промисловими (підприємства), так і непромисловими об'єктами (банки, біржа, страхові компанії, готелі тощо) і окремими офісами (офісні системи). ІС керування технологічними процесами — призначені для автоматизації різноманітних технологічних процесів (гнучкі виробничі процеси, металургія, енергетика тощо). Інформаційна система, як система управління, тісно пов’язується з одного боку з системами збереження та видачі інформації, з іншого — з системами, що забезпечують обмін інформацією в процесі управління.