Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Ломаш Дмитрий Алексеевич. Автоматизация взаимодействия железной дороги и морского порта на основе мультиагентной оптимизации и имитационного моделирования : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06, 05.22.01 : Ростов н/Д, 2004 187 c. РГБ ОД, 61:05-5/742

смотреть содержание
смотреть введение
смотреть литературу
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ИНТЕРМОДАЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК

КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 15

1.1. Характеристика объекта исследования 15

1.2. Причинно-следственный анализ проблем организации интермодальных перевозок 24

1.3. Анализ методов моделирования процессов интермодальных перевозок 28

1А Методы оптимизации транспортных задач 31

1.5. Выводы 34

2. МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ

ИНТЕРМОДАЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК 36

2.1. Формирование системы критериев оптимизации подвода экспортных грузов к припортовой станции 36

2.2. Формальная постановка задачи оптимального подвода грузов к

припортовой станции 40

2.3. Разработка алгоритма автоматизации подвода грузов к

припортовой станции транспортного узла 45

2.4. Разработка процедуры учета мнений экспертов 54

2.5. Алгоритм мультиагентной оптимизации с учетом предпочтений экспертов Expert Ant Colony System 65

2.6. Выводы 68

3. СИСТЕМА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В

ТРАНСПОРТНОМ УЗЛЕ: РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ 69

3.1. Исходные замечания: методология имитационного моделирования 69

3.2. Структура имитационной модели 70

3.3. Проверка гипотез о законах распределения основных потоков транспортного узла 78

3.4. Методика выбора инструментария имитационного моделирования мультимодальных процессов в транспортных узлах 88

3.5. Проверка достоверности и адекватности модели 96

3.6. Организация имитационного эксперимента и анализ результатов

исследования 97

3.7. Выводы 110

4. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОДВОДА ГРУЗОВ

В ТРАНСПОРТНЫЙ УЗЕЛ 111

4.1. Объектно-ориентированный подход к разработке алгоритма 111

4.2. Разработка диаграммы прецедентов 117

4.3. Разработка диаграммы классов 119

4.4. Применение паттернов проектирования 122

4.5. Выводы 127 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 132 ПРИЛОЖЕНИЯ 148

Приложение 1. Описание интерфейса пользователя и функциональных возможностей программного комплекса

автоматизации подвода грузов к транспортному узлу 148

Приложение 2. Листинг программы 152

Приложение 3. IDEF-3 модели бизнес-процессов транспортного узла 162

Приложение 4. Логическая структура имитационной модели

транспортного узла 173

Приложение 5. Программа автоматизации составления графика

исполненной работы припортовой станции 177

Приложение 6. Акты внедрения 183 

Введение к работе:

Актуальность работы. После перехода России к новым экономическим условиям хозяйствования существенно изменились принципы и технологии управления транспортом. Последние десять лет российский транспорт развивается согласно нескольким федеральным программам. В их числе: «Дороги России», «Внутренние водные пути», «Возрождение торгового флота России». В задачу этих программ входит изменение принципов функционирования транспортного комплекса для работы в новых экономических, политических и социальных условиях.

Рынок транспортных услуг (РТУ) характеризуется значительным количеством субъектов, которые могут влиять на осуществление перевозок. К субъектам РТУ относятся: операторы перевозки, экспедиторские фирмы, таможенные брокеры, агенты в морских портах, трейдеры, таможенные органы, органы государственной инспекции, стивидорские и сюрвейерские компании.

В условиях рыночной экономики клиенты выбирают тот способ перевозки, который не только дешевле, но и гарантирует быстроту, своевременность доставки, сохранность груза, прозрачность расчетов и удобство оформления документов.

Клиентам необходимо, чтобы вагоны доставлялись в удобное для работы с ними время, строго по расписанию, разгружались с минимальными затратами рабочего времени, а грузы без задержек, перевалки и складирования включались в производственный процесс.

В связи с вышеперечисленным необходимы новые подходы в организации движения и, особенно, в организации взаимодействия с партнерами (грузоотправителями, экспедиторами, органами таможни, пунктами перевалки) по осуществлению грузоперевозок.

В рамках Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 гг.)» реализуется подпрограмма «Информатизация», которая подразумевает создание [138]:

- систем сбора и обработки статистической информации по транспортному комплексу;

- логистических центров и систем информационного сопровождения перевозок в международных транспортных коридорах;

- систем информационного и технологического взаимодействия отдельных видов транспорта в едином транспортном комплексе страны.

Формирование грузопотоков в период становления рыночных отношений в отличие от плановой экономики характеризуется высокой степенью неравномерности. С учетом этого необходимо пересмотреть ряд показателей эффективности работы железнодорожного транспорта, которые основываются на средних величинах.

В транспортной отрасли создаются единое информационное пространст-во и автоматизированная система управления перевозками, построенные на логистических принципах оптимизации транспортировки грузов [72, 111] и работы подвижного состава [19].

В связи с этим приоритетными задачами обеспечения надежности и эффективности транспортных связей при интермодальных перевозках являются [4]:

- сокращение времени нахождения вагона на припортовых станциях;

- сокращение временных затрат при передаче груза с одного вида транспорта на другой в транспортных узлах;

- оптимальное согласование ритмов работы поставщиков, потребителей и транспорта.

Указанные причины обусловливают необходимость разработки и применения новых алгоритмов автоматизации согласованного подвода груза к транспортным узлам с использованием единого информационного пространства.

Степень разработанности проблемы. Большой вклад в развитие теории и практики автоматизации технологических процессов и моделирования сложных систем внесли ученые отечественной школы: В.М. Акулиничев, Г.И. Белявский, Н.П. Бусленко, А.Н. Гуда, Е.Г. Жданова,

В.Н. Иванченко, В.А. Кудрявцев, Н.Н. Лябах, Ю.И. Рыжиков, Б.Я. Советов, В.Н. Томашевский, Е.М. Ульяницкий, П.А. Шульженко, С.А. Яковлев и др. Среди иностранных исследователей отметим Дж. Форрестера, Р. Шеннона, Б. Шмидта, Т.Дж. Шрайбера и др.

Большой вклад в исследование проблем оптимизации взаимодействия различных видов транспорта при интермодальных перевозках внесли труды В.Н. Зубкова, П.А. Козлова, А.Ф. Котляренко, АЛ Кузнецова, П.В. Куренкова, СВ. Милославской, А.Т. Осьминина, К.И. Плужникова, СМ. Резера, А.А. Сме-хова, Е.М. Тишкина и др.

Цель и задачи работы. Целью данной диссертационной работы является разработка алгоритмов автоматизации и совершенствование методов математического моделирования логистичеких процессов, протекающих в сложных организационно-технологических объектах (ОТО). Ввиду того, что только аналитическое представление объекта исследования затруднительно, необходимо разработать имитационную модель функционирования транспортного узла, что позволит оценить процесс взаимодействия различных видов транспорта при изменяющихся параметрах входных потоков. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- идентификация объекта исследования путем причинно-следственного анализа проблем организации интермодальных перевозок;

- формирование системы критериев оптимизации подвода экспортных грузов к припортовой станции;

- формализация задачи оптимизации подвода грузов к припортовой станции;

- разработка процедуры учета мнений экспертов;

- разработка алгоритма автоматизации распределения нитей подвода груза методом мультиагентной оптимизации с учетом предпочтений экспертов;

- разработка структуры имитационной модели;

- проверка гипотез о законах распределения основных потоков транспортного узла;

- разработка имитационной модели и анализ результатов исследования;

- программная реализация алгоритмов автоматизации подвода грузов к транспортному узлу.

Объектом исследования диссертационной работы являются процессы в сложных организационно-технологических объектах, отличающихся:

- недостаточной формализуемостью;

- сложной структурой связей и отношений;

- наличием неизвестных и трудноучитываемых факторов;

- многокритериальностью функционирования;

- нестационарностью процессов, происходящих в системе.

Примерами объектов, соответствующих вышеуказанным условиям, являются процессы, протекающие в транспортных узлах при интермодальных перевозках, процессы в системе доставки сырья промышленным предприятиям.

Предмет исследования — моделирование и автоматизация процессов, протекающих в логистических системах.

Теоретико-методологическая основа исследования. Теоретическую основу диссертационной работы составили фундаментальные исследования отечественных и зарубежных авторов в области оптимизации взаимодействия различных видов транспорта в транспортных узлах, а также имитационного моделирования транспортных процессов и их автоматизации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания (ТМО), теории графов, теории принятия решений, методы имитационного моделирования, методы многокритериальной оптимизации, методы анализа иерархий.

В качестве инструментарно-методического аппарата были использованы прикладные программные средства хранения, обработки и анализа информации: AHFusion Process Modeler 4.1, Microsoft Excel XP, Statistica 5.5,

Pacestar UML Diagramer 4.14. При разработке имитационных моделей использованы специализированные среды, такие как Extend Suite 4 и CACI SimProcess Release 3. В качестве объектно-ориентированного языка программирования использовался Sun JAVA (JSDK 1.4.1), а также среда визуального программирования IBM Eclipse 3.0.

Информационно-эмпирическая база исследования. При проведении диссертационного исследования автором использованы сведения и данные из монографий и статей отечественных и зарубежных исследователей, материалов научно-практических конференций по проблемам математического обеспечения взаимодействия различных видов транспорта, а также данные информационно-аналитических и управляющих автоматизированных систем, функционирующих в транспортных узлах, материалы докладов технических советов дороги за 2000-2004 гг., информационные ресурсы Интранет ОАО «РЖД» и Интернет.

Работа выполнена в рамках паспортов специальности 05.13.06. - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)» и специальности 05.22.01 - «Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте» по следующим областям исследования:

- теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация;

- теоретические основы, методы и алгоритмы интеллектуализации решения прикладных задач при построении АСУ широкого назначения;

- организация и технология транспортного производства. Управление транспортным производством. Оптимизация размещения транспортных предприятий и производств.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

У

1. Система критериев оптимизации подвода грузов к припортовой станции, разработанная на базе нормативных показателей субъектов рынка транспортных услуг, участвующих в процессах интермодальных перевозок, позволяющая учитывать цели, как работников железной дороги, так и морского порта.

2. Формальная модель оптимального управления подводом грузов к припортовой станции, представленная в виде квадратической задачи о назначениях и позволяющая адекватно ситуации подводить грузы к транспортному узлу с учетом сформированной системы критериев.

3. Методика формирования экспертной комиссии и проведения опроса экспертов при оптимизации подвода грузов к припортовой станции с учетом конфликтующих целей.

4. Модернизированный метод мультиагентной оптимизации, позволяющий учесть при принятии репіений агентами знания экспертов при конфликтующих целях последних, позволяющий повысить вычислительную эффективность процесса оптимизации подвода груза к припортовой станции.

5. Имитационная модель интермодальных процессов транспортного узла, использующая объектно-ориентированную парадигму и предоставляющая возможность прогнозирования и оценки показателей эффективности перевалки грузов.

6. Программный комплекс автоматизации подвода экспортных грузов к припортовой станции, обеспечивающий диспетчерский аппарат оперативной (в режиме реального времени), статистической (на основе реляционных баз данных) и прогнозной информацией, необходимой для подвода грузов и принятия управляющих решений.

Научная новизна работы состоит в следующем: - на базе нормативных показателей субъектов рынка транспортных услуг, участвующих в процессах интермодальных перевозок, сформиро вана система критериев оптимизации подвода грузов к припортовой станции;

- определены законы распределения транспортных потоков транспортного узла в условиях изменившихся экономических отношений между субъектами рынка транспортных услуг;

- формализована задача оптимального управления подводом грузов к припортовой станции в виде квадратической задачи о назначениях, позволяющая адекватно ситуации подводить груз к транспортному узлу с учетом сформированной системы критериев;

- на основе метода мультиагентной оптимизации разработан алгоритм автоматизации подвода грузов к припортовой станции при интермодальных перевозках, с помощью которого лицо, принимающее решение, может в режиме реального времени выполнить оценку альтернатив и принять взвешенное решение;

- разработан модернизированный метод мультиагентной оптимизации, позволяющий учесть при принятии решений агентами знания экспертов при конфликтующих целях последних, и повышающий вычислительную эффективность процесса оптимизации подвода груза к припортовой станции;

- разработана имитационная модель процессов интермодальных перевозок в транспортном узле, позволяющая прогнозировать и выполнять оценку основных показателей эффективности взаимодействия видов транспорта. Модель легко настраивается в соответствии с технологией работы и техническим развитием конкретного транспортного узла, легка для понимания, облегчает процесс коммуникации между разработчиками модели, экспертами и лицами, принимающими решение.

Теоретическая значимость диссертационного исследования. Научные положения, выдвинутые в работе, развивают теоретические основы и методологию оптимизации транспортных процессов интермодальных перевозок в транспортных узлах.

В диссертационном исследовании:

- выполнен причинно-следственный анализ проблем организации интермодальных перевозок в условиях конкуренции различных видов транспорта и субъектов рынка транспортных услуг;

- сформирована система критериев оптимизации подвода экспортных грузов к припортовой станции, позволяющая учитывать цели, как работников железной дороги, так и морского порта;

- разработан алгоритм поиска оптимального решения методом мультиагентной оптимизации с учетом предпочтений экспертов при конфликтующих целях;

- разработана структура имитационной модели транспортного узла в виде ЯЖР-моделей.

Практическая значимость исследования. Применение результатов диссертационного исследования будет способствовать сокращению времени перевалки груза с одного вида транспорта на другой при интермодальных перевозках. Разработанная в диссертации новая имитационная модель и модифицированный метод мультиагентной оптимизации подвода груза к припортовой станции позволяют эффективно управлять процессами интермодальных перевозок.

В работе получены следующие практические результаты:

- разработан комплекс программ автоматизации подвода экспортных грузов в транспортный узел, использующий алгоритм мультиагентной оптимизации и учитывающий предпочтения экспертов;

- разработанная имитационная модель функционирования транспортного узла, позволяющая выполнить оценку статистических характеристик и законов распределения времени выполнения технологических операций при интермодальных перевозках, а также прогнозировать статистические характеристики показателей качества транспортных процессов (например, простой вагона на припортовой станции) в условиях неопределенности, может быть использована в практической дея тельности работниками транспортного узла, так как экспериментально подтверждена ее адекватность исследуемым реальным процессам; - приведенная методика выбора системы имитационного моделирования методом анализа иерархий может быть использована в учебном процессе при чтении курсов и подготовке учебно-методических пособий по проблемам теории принятия решений и имитационного моделирования для студентов и аспирантов технических и экономико-математических специальностей вузов. Достоверность полученных результатов исследования подтверждается имитационным моделированием, верификацией и валидацией разработанных моделей, апробацией на научных семинарах и конференциях, результатами внедрения научных исследований и рядом публикаций.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты работы докладывались на 8-й Международной научно-практической конференции «Информационные технологии на железнодорожном транспорте Ин-фотранс 2003» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.), XII Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным системам (г. Владимир, 2003 г.), на 5-й Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» (г. Новочеркасск, 2002 г.), на III Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (г. Новочеркасск, 2002 г.), на VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (г. Таганрог, 2002 г.), на Второй Международной отраслевой научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта и роль молодых ученых в их решении» (г. Ростов-на-Дону, 2000 г.)э на научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава «Транспорт 2004», «Транспорт 2003», «Транспорт 2002», «Транспорт 2001» (г. Ростов-на-Дону, 2004, 2003, 2002, 2001 гг.).

Публикации. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 19 печатных работ.

Реализация результатов работы. Материалы диссертационного исследования были использованы при разработке методов автоматизации подвода груза к транспортным узлам на полигоне С.-К. ж.д., при оптимизации подвода грузов в работе ОАО «Ростовский порт», при оптимизации распределения задач между локомотивами на предприятии ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш», а также в учебном процессе при создании методических и учебных пособий. Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника и автоматизированные системы управления» (заведующий кафедры - д.т.н., профессор Е.М. Ульяницкий) в период с 2000 по 2004 гг.

Идея данной диссертационной работы, ее тема и цели предложены и сформулированы лично автором работы и соответствуют «Перечню актуальных проблем научно-технического развития железнодорожного транспорта для разработки их докторантами, аспирантами и сотрудниками отрасли в 2001-2002 гг.», утвержденному Указанием МПС России от 17 ноября 2000 г. № М-2775у. Программный комплекс, а также реализованные в нем методы и алгоритмы оптимального подвода груза к транспортному узлу, разработаны автором лично. Анализ и обобщение полученных данных, формулировка выводов по результатам исследований, а также оформление графического материала выполнены автором диссертации.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю Е.М. Ульяницкому, а также сотрудникам кафедр «ВТ и АСУ» и «Информатика» РГУПС за сотрудничество и помощь в работе. Автор благодарит зав. кафедрой «УЭР» РГУПС В.Н. Зубкова за оказание консультативной помощи в процессе исследования.

Автор выражает благодарность за предоставление практического материала, ценные замечания и предложения сотрудникам С.-К. ж.д.: зам. главного инженера С.-К. ж.д. Э.В. Тучкову, начальнику отдела по работе с портами М.В. Кочеткову, зам. начальника станции Новороссийск по оперативной работе А.А. Саносяну.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертационной работы - 186 страниц, основного текста - 147 страниц. Кроме того, диссертация содержит 28 рисунков, 14 таблиц, а также 38 страниц приложений. Список литературы содержит 167 наименований библиографических источников.

Подобные работы
Култаев Беркин Баянгалиевич
Математическое моделирование, оптимизация, управление и диагностика воздушного конденсатора паросиловой установки
Точка Владимир Николаевич
Математическое моделирование и оптимизация технологических режимов производства активированного угля (На примере установки МИДАС-250)
Семенова Елена Георгиевна
Методология алгоритмизации управления и моделирования процессов оптимизации конструкторско-технологических параметров бортовых комплексов
Гаврилова Татьяна Ивановна
Моделирование и оптимизация характеристик управляемости водоизмещающих судов
Копейкин Дмитрий Викторович
Моделирование и оптимизация технологического процесса отбелки целлюлозы для проектирования и совершенствования отбельных установок
Проснева Марина Кузьминична
Повышение производительности функционирования автоматизированных технологических систем путем моделирования и оптимизации технических решений
Яшин Евгений Николаевич
Моделирование и оптимизация режимов многозонных электрических печей
Васецкий Виктор Витальевич
Моделирование и оптимизация диспетчерского управления многостадийным вагоноремонтным производством
Балдин Александр Викторович
Научные основы автоматизации и моделирования процессов управления на основе гибридных систем поддержки принятия решений с открытой структурой
Лазичев Андрей Александрович
Комплексное моделирование и автоматизация контроля теплового состояния доменной печи

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net