Принципы и механизмы совершенствования работы линейного района центра управления местной работой на основе развития АСУ

Реформирование социальных устоев и экономики страны неразрывно связано с реструктуризацией транспортной отрасли, роль и значение которой для России трудно переоценить. Железные дороги — артерии сложного социально-экономического, технико-технологического организма. Они обеспечивают взаимодействие промышленных и сырьевых районов страны, коммуникации населения на огромной территории, создают транспортные коридоры для организации • внешнеэкономической деятельности, удовлетворяют потребности многочисленных потребителей в перевозках грузов, населения и многое другое.

В настоящее время состояние системы железнодорожных перевозок по всем позициям: техническое и информационное оснащение, технологическая и экономическая эффективность, ее соответствие потребностям экономики страны оставляет желать лучшего. Статистически установлена структура затрат времени в процессе эксплуатации грузового вагона: в движении он находится только около 30% времени своего оборота, а остальные 70% приходятся на технические и грузовые станции. Из этого следует, что ресурс совершенствования исследуемого технологического процесса имеется на всех его этапах: зарождение грузов, перевозка, доставка потребителю.

Трансформация системы управления и технологий перевозочного процесса, осуществляется постоянно, однако она была подчинена, как правило, в основном одному требованию — повышению эффективности и качества деятельности отдельных транспортных подсистем при заданных ограничениях на безопасность. Этот показатель легко оценивался численно перерабатывающей способностью станций и участков движения поездов, соотношением времени нахождения вагона в пути и на переработке и т. д. Учет же политических приоритетов, социально-экономических (в том числе экологических) требований имели второстепенное значение. Новая парадигма управления выводит нас на иные, более сложные типы управленческих систс л, оперирующих нечеткой и интуитивной информацией, способствует расширению спектра используемых средств моделирования и управления.

В процессе формирования дорожных центров управления перевозками (ДЦУ) и концентрации диспетчерского руководства поездной работой возник вопрос о перераспределении функций и ответственности между служб й перевозок, отделами перевозок отделений и станциями дорог. При переводе поездных диспетчеров в ДЦУ для организации и управления местной работой на полигоне отделения в отделах перевозок отделений был оставлен оперативно-диспетчерский аппарат. Так, например, на Северо-Кавказской дороге, в 2004 г. специалистами дороги совместно с учеными Ростовского государственного университета путей сообщения (РГУПС) разработан технологический процесс Центра управления местной работой (ЦУМР) на базе Ростовского отделения дороги. Этим документом была разграничена ответственность между ДЦУ, ЦУМРом, опорными станциями линейных районов (JIP) и определены основные функции.

Анализ, проведенный в первом разделе работы, убедительно свидетельствует о необходимости разработки новой структуры и идеологии автоматизации транспортных процессов. Возможны различные направления совершенствования систем управления транспортными комплексами. Важнейшим из них является совершенствование работы линейного района (опорных центров) сети железных дорог (далее по тексту ОЦ). В настоящее время особенно пристального внимания требуют:

— структуры сети линейного района, основанной на эффективном функционировании каждого из них;

— технологии работы ОЦ, учитывающей достижения современных наук (теории управления, теории массового обслуживания, искусственного интеллекта и др.) и информационных технологий;

— методы математического моделирования процессов, составляющих сущность деятельности ОЦ и обслуживающего персонала, позволяющих оптимизировать процессы и процедуры принятия решений.

Сказанное выше актуализирует задачу теоретического исследования транспортных проблем, изменяет технологию научного поиска, акцентируя внимание на адекватном использовании системного подхода, требует приближения результатов научной деятельности к их реальному внедрению счет разработки соответствующих методик.

В данной работе осуществляется попытка разработать механизмы автоматизации деятельности ОЦ и управления им, опирающиеся на формализованные процедуры моделирования и принятия решений.

В данной области уже проведены многочисленные исследования как со стороны общей теории управления, так и в рамках транспортной тематики. Анализ соответствующей литературы позволяет сформулировать основные направления исследований.

Степень разработанности проблемы.

Проблемы, сформулированные выше, отражены в многочисленных разработках отечественных и зарубежных исследователей. Материалы некоторых из них, относящиеся к разрабатываемой теме, кратко представлены и проанализированы в работе.

Организация эксплуатационной работы на транспорте, нашедшая свое отражение в диссертационном исследовании, рассмотрена в трудах Ф. П. Кочнева, И. Б. Сотникова, Е. А. Сотникова, А. А. Смехова, В. А. Шарова, Е. М. Тишкина, А. К. Угрюмова, Н. В. Эрлиха, Н. К. Сологуба, Н. А. Сапунова, А. Т. Осьминина, В. А. Буянова, Е. В. Прилепина, В. Н. Зубкова, Н. Н. Мусиенко, Э.^-. Мамаева.

Проблемы создания и функционирования ОЦ исследованы в работах В. А. Кудрявцева, В. М. Акулиничева, А. А. Абрамова, В. Г. Атласова, С. Ю. Елисеева, Н. Д. Иловайского, М. П. Лихачева, В. Н. Зубкова, Н. М. Иваницкого, А. Ф. Котляренко, О. С. Кирьянова, Н. Н. Кулагина.

Общие вопросы теории систем изложены и развиты в диссертации на основе трудов А. А. Богданова, Л. А. Баранова, Ст. Бира, В. В. Дружинина, В. А. Ивницкого, И. С. Райбмана, Л. А. Растригина, Дж. Саридиса.

Вопросы управления сложными организационно-технологическими объектами (ОТО) на транспорте и в экономике поставлены и решались в трудах.

B.Н. Иванченко, В. М. Лисенкова, Н. Н. Лябаха, А. И. Орлова.

В процессе работы над диссертационным исследованием использовалась также литература, посвященная корреляционному и регрессионному анализам, теории массового обслуживания, экспертным методам, теории оптимизации и другим разделам математического моделирования. Эти вопросы отражены в трудах и монографиях А. Н. Гуды, Г. И. Белявского, Л. С. Берштейна, Л. Заде,.

C.М. Ковалева, Е. М. Ульяницкого, Г. Поттгоффа.

Частные вопросы рассмотрены в работах М. А. Бутаковой, Л. П. Кузнецова, А. Г. Кулькина, К. А. Хаблака, А. Н. Шабельникова и др.

Для решения поставленной в диссертации проблемы потребовалось сконцентрировать результаты отдельных исследований, скомпилировать логически законченную архитектуру процедуры анализа и синтеза АСУ ЛР и в ряде случаев адаптировать используемые подходы и методы с учетом особенностей использования в механизмах совершенствования деятельности и структуре управления ОЦ.

Целью диссертационного исследования является разработка и совершенствование принципов автоматизации технологических процессов линейного района и механизмов функционирования ОЦ.

В соответствии с данной целью были поставлены следующие теоретические и практические задачи исследования:

1. Разработка системного подхода к исследованию проблем функционирования ОЦ, опирающегося на применение современных информационных технологий.

2. Разработка экспертных процедур, обеспечивающих применение аналитических методов решения многокритериальных задач управления ЛР.

3. Развитие структуры адекватных математических моделей и логики их применения в задаче автоматизации ЛР.

4. Совершенствование технологий работы ОЦ.

5. Развитие принципов, механизмов и инструментария АСУ ЛР.

6. Применение результатов теоретических и экспериментальных исследований для решения отдельных практических задач.

Объектом исследования данной диссертационной работы выступает ОЦ, рассматриваемый в двух смыслах: широком, обобщающем как совокупность технических и грузовых станций, отнесенных к линейному району и объединенных с группами малодеятельных станций, технологически и территориально тяготеющих друг к другу, и в узком — конкретный объект: Туапсинский ОЦ.

Предметом данного диссертационного исследования являются принципы функционирования, методы исследования, механизмы управления ОЦ, опирающиеся на модели современных теорий менеджмента, автоматизированного и интеллектуального управления, формальные (математические) процедуры идентификации сложных транспортных процессов и схем принятия решений. В содержательном плане исследуемые вопросы отражают сущность следующих пунктов паспортов, заявленных специальностей:

05.13.06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте):

— методология, научные основы и формализованные методы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), а также технической подготовкой производства (АСТПП);

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

— научные основы, модели и методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления;

— формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУ11, АСТПП и др.

05.22.01 — Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте:

— транспортные системы и сети страны, их структура, технологии работы. Оптимальная структура подвижного состава;

— организация и технология транспортного производства. Управленца транспортным производством. Оптимизация размещения транспортных предприятий и производств.

Научная новизна исследований определяется синергетическим эффектом комплексного применения современных подходов и методов, адаптированных через авторское видение проблем, к решению актуальной задачи совершенствования деятельности ОЦ. Приращение научного знания содержится в следующих положениях:

1. Сформулированы и обоснованы требования к информатизации, обеспечивающей автоматизацию технологических процессов линейной района и основанной на создании ИАЦК.

2. Обосновано применение совокупности математических методов, способствующих адекватной формализации технологических процессов и процедур принятия решений в рамках задач, выполняемых линейным районом. В частностй, предложена методика анализа временных рядов, характеризующих динамику технологических процессов автоматизированного объекта исследования.

3. Сформулированы принципы выделения линейного района ЦУМРсостав критериев и ограничений, предписывающих характер деятельности ЦУМР’и отношение к нему окружающей средыпринципы функционирования исследуемого объекта и логика взаимодействия составляющих его подсистемперечень решаемых в разрабатываемых АСУ технологических задача >

4. Разработана структура линейного района, учитывающая человеко-машинные аспекты функционирования комплекса и топологические особенности территории (наличие и/или отсутствие отдельных элементов системы).

5. Предложена методика морфологического и инструментального исследования технологических задач линейного района на основе применения когнитивного анализа и теории массового обслуживания, позволившая разработать технологию имитационного моделирования деятельности линейного района, заключающуюся в использовании виртуальной модели.

Методологической и теоретической основой диссертационного исследования явились нормативные документы, регламентирующие функционирование ОЦ, научные труды отечественных и зарубежных ученых по указанным проблемам, инженеров, технологов, математиков и специалистов по управлению организационными системами. Г.

Теоретические исследования проводились с использованием теории системного, структурно-функционального и сравнительного анализов, статистических методов (корреляционно-регрессионный анализ), экспертнух процедур, имитационного моделирования, теории массового обслуживания. Информационной базой исследования явились экспертные и экспериментально-статистические данные функционирования ОЦ и других сложных систем на железнодорожном транспорте, в частности, данные, характеризующие конкретный объект исследования: Туапсинский Опорный центр.

Теоретическая значимость диссертационного исследования состоит в и том, что его основные методологические и методические выводы, инструментарий можно использовать для теоретического анализа сложных технологических процессов, осуществляемых в рамках задач ОЦ (понимаемого в широком смысле), и соответствующих процедур принятия решений. Разрабатываемые подходы универсальны и легко адаптируются для исследования иных аналогичных транспортных и других комплексов.

Практическая ценность диссертации состоит в выработке практических рекомендаций по совершенствованию технологии и организации работы JIP в плане оптимизации технологического процесса и процедур принятия решений.

Апробация и внедренне результатов исследования. Научнее результаты работы докладывались на семинарах кафедр «Информатика» и «Управление эксплуатационной работой» РГУПС, 5-й Международной научно-технической конференции, г. Новочеркасск, 18−20 декабря 2002 года и на конференциях профессорско-преподавательского состава «Транспорт 2003, 2004, 2005».

Осуществлено внедрение результатов в деятельность Туапсинского ОЦ, а именно:

— учтены в планах совершенствования работы ОЦ предложения автора по формированию границ ОЦ, формулированию целей и задач вщрв функционирования и корректировки структуры информационных потоков;

— принят к внедрению математический аппарат анализа технологических процессов, осуществляемых ОЦ;

— использована классификационная схема технологических процессов ОЦ, позволяющая автоматизировать процедуры принятия решений.

Материалы диссертации использовались автором при его участии в выполнении НИР РГУПС, руководстве курсовым и дипломным проектированием на факультете и других работах.

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебном процессе кафедр «Управление эксплуатационной работой» и «Информатики», при организации переподготовки и повышения квалификации работников железнодорожного транспорта на базе лабораторного комплекса «Виртуальная железная дорога" — в научных разработках Ростовского филиала Всероссийского НИИ автоматизации и связи, Ростовского государственного университета путей сообщения. Акты о внедрении прилагаются.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в пятнадцати печатных работах, общим объемом 23,74 п.л., из них лично автору принадлежит 15,24 п.л. Все публикации, выполненные по теме работу, приведены в списке в конце диссертации. В совместных публикациях автору принадлежат:

— методика совершенствования, постановка многокритериальной задачи оптимизации деятельности ОЦ/Ю2, 143, 125/;

— методы организации функций менеджмента в рассматриваемой схеме /110/;

— анализ технологии работы ОЦ и разработка принципов его совершенствования /141/;

— математические методы описания местной работы ОЦ /140, 146, 126/;

— конкретные рекомендации по совершенствованию исследуемых объектов /144/;

В учебных пособиях представлены и развиты материалы диссертационной работы.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 155 стр. машинописного текста, 18 рисунков, 13 таблиц, библиографию, содержащую 160 наименований.

4.3 Выводы.

1. Проиллюстрирован механизм выбора вариантов развития ОЦ Туапсе, учитывающий различную степень важности показателей, в качестве которых приняты (объем грузовой работы линейного районауровень загрузки оперативного работника,' осуществляющего управление местной работой в границах линейного районазавершенность цикла работы с местными вагонопотокамитерриториальные и административные особенности региона дороги). *.

2. Предложена процедура проектирования и переструктуризации железнодорожных станций и межотраслевых комплексов, учитывающая практический опыт реконструкции станции Туапсе и материалы проведенных выше теоретических разработок.

3. Предложены модели ОЦ Туапсе, отражающие основные представления теории менеджмента, вчастности обоснована необходимость матричной организационной структуры ОЦ, демократического стиля управления и ролевой культуры организации.

4. Проведен анализ динамики технологических показателей работы ОЦ Туапсе, в частности определены тенденции их изменения (тренды), соответствующие аналитические модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Концепция информатизации железнодорожного транспорта России 1996;2005 гг." установила, что «существующий уровень автоматизации не в состоянии обеспечить решение задач, стоящих перед отраслью в новых условиях функционирования». Программа информатизации 1996 г. выделила 10 млрд руб. на развитие сетей связи и «обеспечивающий уровень информатизации». Ожидаемого эффекта от инвестиций в отрасль в полном объеме получить не удалось. Новая схема управления информатизацией в ОАО «РЖД», принятая 17.10.2004 г., определяет невозможным дальнейлпз вложение средств в развитие инфраструктуры информатизации без внедрения новых технологий управления. Программа информатизации на 2005;2007 гг. предусматривает перечень подпрограмм, среди которых наиболее актуальными являются следующие: унификация и интеграция автоматизированных систем, оптимизация инфраструктуры отрасли, управление перевозочным процессом, оптимизация управления ресурсами отрасли и др.

Вопросы, исследуемые в данной диссертации, способствуют развитию выше указанных направлений. В работе получены следующие наиболее^{существенные} результаты:

1. На основе анализа развития экономики страны в целом, и отрасли — в частности, определена роль транспортной системы страны и обосновано, что линейный район ЦУМР является элементом единой организационнр-технологической системы управления перевозочным процессом. Задача повышения эффективности и качества предоставляемых транспортных услуг ОЦ определяет направления и механизмы совершенствования отрасли.

2. Осуществлена классификация задач руководителей ОЦ, позволившая определить адекватную логику взаимодействия и состав основных управленческих функций ОЦ. Проведенный анализ обнаружил отсутствие в настоящее время функций стратегического характера (формулирование задл ОЦ, оценка деятельности) и, как следствие, неспособность менеджмента ОЦ решать ряд организационно-экономических задач. Показано, что для обеспечения эффективной и конкурентоспособной деятельности в коллективе сотрудников ОЦ следует' прививать культуру роли, а наиболее рациональным является демократический стиль управления.

3. Применение системного подхода к решению поставленных задач показало необходимость использования следующих процедур, позволяющих усовершенствовать работу ОЦ:

— синтез специализированной АСУ ЛР;

— структурная реконструкция объекта исследования (определение оптимальной топологии и состава АСУ ЛР);

— совершенствование системы функций, выполняемых менеджментом организации;

— информатизация технологического процесса и процедур принятия решений;

— моделирование основных процессов комплекса и формализация процедур принятия решений;

— интеллектуализация деятельности АСУ JIP.

4. На основе анализа показателей информационной и экономической эффективности системы определены роль и место процедур декомпозиции и укрупнения организационной структуры ОЦ. Введено и исследовано понятие информационной сложности объекта автоматизации, оцениваемое вектором со следующими компонентами: число связей в системе, интенсивность каналов связи, «цена» нарушения связи между элементами системы, позволяющс г принять обоснованное решение о характере реструктуризации структуры ОЦ.

5. Предложено для совершенствования деятельности отрасли в целом и отдельных составляющих ее ОЦ использовать идеи «Электронной экономики», кардинально изменяющие представление руководителей всех уровней о характере взаимодействия субъектов производственной и бизнес-деятельности, обеспечивающие процесс информатизации отрасли, насыщение ее новыми информационными технологиями: электронное правительство, индивидуальный маркетинг, использование электронной подписи, использование Интернет й т.д.

6. Обосновано, что синтезируемая АСУ ЛР представляет собой симбиоз АСУТП и АСОУ. Сформулированы: назначение АСУ ЛР и основные.

139 требования к архитектуре системы, базе данных и ПО, режиму доступа и безопасности информации, степени унификации технических и технологических средств, функций и задач, выполняемых комплексом, затратности на сопровождение и обслуживание, процедуре накопления и срокам хранения информации, функциональному и техническому обеспечению. Раскрыты роль и назначение информационно-аналитического центра комплекса.

7. Сформулировано определение сложного процесса (объекта) исследования, позволившее выявить основные формальные механизмы этого исследования: когнитивный и морфологический анализы (на предварительных этапах исследования структуры и механизмов управления технологическими процессами, осуществляемыми ОЦ), теория сетевых моделей технологических процессов, ТМО в части, сетей массового обслуживания. В совокупности составляют теоретическую основу построения структуры ОЦ и логики его функционирования. Показано, что морфологический анализ в решаемых задачах совершенствования деятельности ОЦ является одновременно и средством построения когнитивных карт исследуемых структур и технологий, и механизмом перехода к содержательным описаниям в виде сетевых моделей, СМО, СеМО, позволяющим выполнить оптимизацию рассматриваемых процедур.

8. Разработана методика анализа и синтеза технологических процессов линейного района ЦУМР, включающая комбинированное i взаимодополняющее) использование сетевых моделей, моделей массового обслуживания, имитационного моделирования и реализующая сценарный подход к расчету управляющих воздействий. Данная методика учитывает интересы менеджмента различных уровней управления, производителей и потребителей транспортных услуг.

9. В рамках модели СеМО разработана аналитическая процедура оптимального распределения работы при многофазном обслуживании клиентов различных хозяйств ОЦ: локомотивного, вагонного, хозяйства перевозок.

10. На основе анализа структуры, технологии работы ОЦ сформулированы базовые критерии, определяющие границы линейных.

140 районов. Дан краткий обзор процедур, целью которых является оптимизация как комплекса в целом, так и отдельных его процессов: технологических, организационных, экономических. В частности, предложен алгоритм оптимизации структур совокупности взаимосвязанных опорных центров. Обоснована необходимость использования дополнительного критерия, определяющего границы ОЦ, учитывающего наличие локомотивного депо.

11. Развит механизм сравнения вариантов границ ОЦ, опирающийся на анализ загрузки работников подсистем ОЦ и разработан алгоритм интегрально оценивающий структурные и технологические параметры системы.

12. Разработаны структура ИАЦК ОЦ, механизм взаимодействия подсистем и схемы информационных потоков в системе. Сформулированы основные принципы построения информационного обеспечения ИАЦК, учитывающие специфику деятельности линейного района ЦУМР.

13. Развит механизм получения и обработки экспертной информации, позволяющий исключить субъективизм экспертов и организовать параллельно с процедурой опроса и принятия решений их обучение.

14. В рамках внедрения результатов теоретических исследований в работе:

— проиллюстрирован механизм выбора вариантов развития ОЦ Туапсе;

— предложена процедура проектирования и переструктуризации железнодорожных станций и межотраслевых комплексов;

— обоснованы модели ОЦ Туапсе, отражающие основные представления теории менеджмента, в частности обоснована необходимость матричной организационной структуры ОЦ, демократического сти.^ч управления и ролевой культуры организации;

— проведен анализ динамики отдельных технологических показателей работы ОЦ Туапсе.