Автоматизированное диагностирование железнодорожных технологических процессов на основе операторных схем (20.09.2010)

Автор: Никищенков Сергей Алексеевич

Анализ особенностей эксплуатации и развития АСУ ТП показывает наличие утверждённых регламентных технологий; выполнение типовых повторяющихся основных и вспомогательных процессов; высокую техническую оснащённость; рост требований по экономичности, безопасности, отказоустойчивости и качеству перевозок; внедрение интегрированной системы менеджмента качества на основе процессного подхода; изменение технологий, условий функционирования и параметров процессов в эксплуатационном цикле; усложнение взаимодействия ОАО «РЖД», собственников подвижного состава и грузоотправителей.

Железнодорожным ТП присущи дефекты, обусловленные износом технических средств, сбоями энергоснабжения и аппаратуры, ошибками программного обеспечения, неправильными действиями персонала и т.д.

Актуальность диагностирования ТП подтверждается следующими примерами дефектов в подразделениях фирменного транспортного обслуживания (ФТО) Куйбышевской железной дороги, где наблюдались такие: необоснованное отклонение заявки грузоотправителя; искажение данных в заявке; ошибки в расчетах суточного плана в агентстве ФТО; несоответствие нормативной группы груза и рода подвижного состава; несвоевременная корректировка плана погрузки; неполный учёт в дорожном центре ФТО расчетных показателей, представленных из районного агентства ФТО; преждевременное сообщение о выполнении заявки на перевозку; невыполнение заявки на перевозку груза в установленные сроки; несвоевременная корректировка плана в дорожном центре ФТО; запоздалое формирование сводного заказа дороги; необеспечение суточного плана погрузки подвижным составом и т.п.

В 2004–2008 гг. имели место изменения технологий по следующим причинам: принятие редакций Устава железных дорог и Правил грузоперевозок; расширение числа проверок по отказам исполнения заявок; создание структуры коммерческих диспетчеров и др. В диссертации выполнен анализ факторов (и их источников), влияющих на изменения. К ним относятся: реформирование отрасли, принятие новых руководящих и нормативных документов (руководство ОАО «РЖД»); экономия эксплуатационных затрат и антикризисные мероприятия (экономические стратегии); конкуренция с другими видами транспорта, взаимодействие с собственниками и грузоотправителями (бизнес–процессы); решения по управлению основными и вспомогательными процессами (руководство дорог и подразделений); износ технических средств, изменения инфраструктуры (технологические ресурсы); ввод в эксплуатацию новых компьютерных систем и АСУ (информатизация и автоматизация); изменения условий работы (окружающая среда); изменение порядка и времени выполнения операций (персонал).

Среди проблем диагностирования железнодорожных ТП следует выделить: неэффективность выходного контроля процессов по оперативности обнаружения дефектов и предотвращению потерь от них; отсутствие эффективных АСД, построенных на принципах процессного подхода; недостаточная проработанность теоретических основ АСД ТП; отсутствие формальных диагностических моделей ТП; отсутствие диагностического обеспечения (моделей, методов, способов, алгоритмов и средств диагностирования), использующего компьютерные способы разработки, хранения, визуализации и обработки информации; непригодность известных методов к обнаружению дефектов в условиях изменения технологий и процессов; несоответствие методик оценки эффективности разработки и внедрения АСД современным требованиям.

На рис. 1 показана методология диагностирования ТП:

Рисунок 1 – Методология диагностирования ТП на основе операторных схем

На базе стандартов по технической диагностике и менеджменту качества и отраслевых материалов по безопасности перевозок предложена система понятий технологической диагностики, отражающая теорию, методы и средства определения дефектов в ТП.

Под технологическим диагностированием понимается обнаружение дефектов в выполняемом в рабочем режиме ТП как несоответствий установленным в технологии требованиям, их анализ и принятие решений по дальнейшему выполнению ТП. Целью технологического диагностиро-вания является снижение убытков (материальных, финансовых и др.) за счёт своевременного обнаружения дефектов.

Процессный подход используется для анализа совокупности операций, предписанной технологией над материальными, финансовыми, информационными и другими ресурсами, как объекта диагностирования.

Наибольшей общностью отражения свойств ТП (многоаспектность, многооперационность, логическая обусловленность, нормируемость, повторяемость, изменчивость) обладает теоретико–множественная модель, используемая в качестве метамодели для создания формализованных схем и диагностических моделей ТП.

В диссертации выполнена интерпретация теоретико–множественных моделей ТП операторными схемами, имеющими свойства: возможность стандартизированного компактного описания (состав операций, логика и зависимости) множества ТП, соответствующих заданной технологии; применение достижений теоретического программирования и теории параллельных вычислений (теорема Бернштейна – Рассела – Нариньяни, спусковые функции Котова – Нариньяни, информационно–логические схемы); наглядность и пригодность для компьютерной обработки.

Согласно теории технической диагностики под диагностической моделью объекта понимается совокупность его формальной модели и моделей возможных дефектов. Разработан комплекс диагностических моделей ТП на основе теоретико–множественных моделей и операторных схем процессов, с перечнями дефектов в виде формальных выражений, представляющих несоответствия заданным требованиям правильного выполнения технологии. Комплекс моделей, методов и алгоритмов диагностирования и соответствующие методики их использования составляют диагностическое обеспечение АСД ТП.

Дискретная математика (теория графов, формальная логика, теории автоматов и алгоритмов) и методы вычислительных систем составляют основу для разработки методов и алгоритмов обнаружения дефектов и автоматизации технологического диагностирования.

Структурно–функциональная организация АСД ТП базируется на принципах построения вычислительных систем и АСУ, типовых блочных архитектурах и способах обработки данных.

Экономическая целесообразность внедрения АСД ТП определяется

соотношением экономии (снижения потерь от дефектов), полученной в результате технологического диагностирования, и затрат на АСД ТП.

Вторая глава посвящена разработке математической модели ТП и операторных схем процессов.

Основные свойства технологии как упорядоченной в пространстве и времени совокупности операций над ресурсами, обладающей свойства массовости, логической обусловленности и детерминированности, отражаются теоретико–множественной моделью (символы соответствуют терминам technology, operation, predicate, relation, space, time):

TL = < O, P, R, S, T >, (1)

где О – операции технологии, О ( А * С * М; А – акты операций, Аi ( А; С – назначения (типы) операций, Сi ( С; М – ресурсы (материалы, обору-дование, финансы, информация и др.), используемые в операциях; P – пре-дикаты, характеризующие условия выполнения технологии, Pl ( P; R – связи между операциями, R = U ( V; U – управляющие связи, U ( О * О * P; V – ресурсные связи, V ( О * О * М; S – пространственные координаты операций, Si ( S; T – координаты во времени, Ti ( T.

Рисунок 2 – К определению модели технологии

Теоретико–множественное представление ТП включает технологию TL (план ТП), реализацию технологии RL (отображение плана) и события в процессе E и названо операционно–событийной моделью:

TP = < TL, RL, E >. (2)

Анализ методов управления ТП показывает их многообразие и применение в железнодорожных АСУ ТП. К числу типовых методов относятся координатный (заданы место и время начала и окончания операций), алгоритмический (определена передача управления от операции к операции) и событийный (запуск операций происходит в зависимости от событий). В рамках (2) определены соответствующие виды реализаций технологии: координатная реализация RLкоор (операции распределены по пространственным и временным координатам), алгоритмическая реализация RLалг (операции имеют предшественников и последователей по управляющим связям) и асинхронная реализация RLас (операции запускаются по готовности используемых ресурсов).

Множество событий E представляет активизацию элементов из TL (используются соответствующие малые символы): E ( g * s * t , где g – признаки активизации операций, ресурсов, предикатов и связей; s и t – признаки активизации пространственных и временных координат событий; событие ek = (аi, si, ti) означает активизацию i –ой операции.

Модель TP допускает сужение многоаспектности для формирования частных моделей, различающихся множествами в TL, видом реализации RL и составом признаков в Е. В нотации вида модели ТП указывается состав модели технологии, вид реализации и состав признаков событий; в общем случае ТР = < TL (A, С, M, P, R, S, T), RL, E (a, с, m, p, r) >. Сетевые графики представляются в рамках операционно-событийной модели в виде ТР = < TL (A,С, P, S, T), RLкоор, E (a, с, p) >; стандартным схемам программ соответствует вид ТР = < TL (A,С, P, U), RLалг, E(a, с, p, u) >; моделям асинх-ронных вычислений – ТР = < TL(A, M, P, V), RLас, E(a, m, p, v) >.

Изменения технологии отражаются в соответствующих множествах модели (1). Модель изменяющихся процессов при фиксированной технологии является множеством моделей, различающихся по реализации и событиям: TP изм = {TPn }, TPn = < TL, RLn, En >.

Для оценки изменений ТП введено понятие пространственно–временной реконфигурации процесса, опираясь на определение конфи-гурации как взаимного расположения его операций.

Для реализации RLn существует порядок Sn событий En по пространственным координатам и порядок Tn событий En по координатам времени. Конфигурация характеризуется предикатом, указывающим на неизменность порядков при разных реализациях: CFq ( RLn , S q, T q ): RLn ( RL q ( ( Sn = S q )???( Tn = T q ), где RLq – реализации с конфигура-цией q. Конфигурация определяет множество процессов TP q, совпадаю-щих с точностью до порядков событий.

В качестве примера на рис. 3 для технологии с операциями 1, 2, 3, 4 и 5 показаны: а – зависимости между операциями по ресурсам; б, в, г – примеры диаграмм процессов для возможных конфигураций (на одной, двух и четырех пространственных координатах). Независимость операций 2, 3 и 4 между собой делает возможным перераспределение их в пространстве и времени, т.е. реконфигурацию ТП – переход от одной конфигурации к следующей при его очередном выполнении с сохранением ресурсных связей между операциями. В диссертации показано, что указанное свойство процессов требует соответствующих решений при их диагностировании и распознавании реконфигурируемых и дефектных ТП.

Рисунок 3 – Примеры конфигураций ТП

Согласно методологии гл. 1 предложены операторные схемы процессов как интерпретация модели (2) триадой:

SP = (ST, RS, TA), (3)

где ST – схема технологии, RS – реализации схемы, TA – таблицы признаков активизации элементов операторной схемы. Операторная схема (3) представляет формализованное описание множества реализаций схемы технологии с использованием графических обозначений (табл. 1).

Таблица 1 – Основные графические обозначения в операторных схемах процессов

Безусловные управляющие связи

Логические связи

Координатная сетка «пространство – время»

В схемах представлены операторы О = Опр ( Орп, Опр ( Орп = (, Оiпр ( Опр (преобразователи), Оiрп ( Орп (распознаватели), Оiпр = (Аiпр, Сiпр, InОiпр, OutОiпр), Оiрп = (Аiрп, Сiрп, InОiрп, Pl, (i); акты операторов А = Апр ( Арп, Апр ( Арп = (, Аiпр ( Апр, Аiрп ( Арп; назначения операторов С = Спр ( Срп, Cпр ( Cрп = (, Сiпр ( Спр, Сiпр: InОiпр ( OutОiпр, Сiрп ( С рп, Сiрп: (InОiрп, Pl) ( (i, (i ({1, 0}; входные и выходные кортежи операторов In ( Out = M, In ( Out ? (, InОi ( In, InОi: (x,..., y), OutОiпр ( Out, OutОiпр: (z,...,w); предикаты P, Pl ( P; связи R = V ( U, в т.ч. ресурсные связи V ( In * Out, Vi,jx ( Vi,j ( V, и управляющие связи U = Uбус ( Uлог, Uбус ( Uлог = (, Ui,j ( U, Ui,jбус ( Uбус (безусловные управляющие), Ui,jлог( Uлог (логические); координаты пространства S, Si ( S; координаты времени T = Tз ( Tк, Tiз ( Tз (запуск операторов), Tiк ( Tк (окончание операторов).


загрузка...