Информационные технологии на транспорте. 1 страница

Литература:

1. «Управление транспортными системами» - Рахмангулов, Корнилов, Трофимов (на диске).

2. Устройство информационных систем или АСУ - автоматическая система управления.

3. Информационные системы или АСУ на различных видах транспорта (ж/д магистральный общего пользования, промышленный ж/д транспорт, автомобильный).

4. Диспетчерские центры и технологии управления перевозочным процессом (справочник по современным информационным системам на магистральном ж/д транспорте) – Левин Д. Ю.

Основные задачи дисциплины.

1. Частная (практическая) задача - приобрести навык использования баз данных и информационных систем в повседневной работе и в жизни.

37 чел Норма % max %

1) Интернет 21 чел - 57% 100 100

12 чел - 32% 90 100

2) Активное использование интернета 2 чел - 5% 90 100

3) Продвинутое использование 2 чел - 5% 60 80

4) Профессиональное использование 0% 10 30

1) категория: обязательное наличие широкополостного доступа к интернету (АDSL или выделенная линия).

2) категория: обладание навыком работы с готовыми базами данных через Web - интерфейс.

3) категория: создание собственных баз данных при помощи готовых инструментов (создание и ведение блоков - сетевой дневник, использование сервисов социальных сетей - средство автоматического формирования групп людей по интересам, фотосайтов ).

4) категория: создание, ведение и поддержание собственного сайта. Современные сайты хранят всю информацию в одной или нескольких базах данных.

2. Приобретение знаний устройства современных информационных систем для создания и эксплуатации их на малом и среднем предприятии, а также на рабочем месте.

3. Общая - формирование понимания принципов управления сложными системами и значение информации в управлении.

«Управление невозможно без информации, эффективное управление невозможно без качественной информации».

Основные понятия теории управления.

Норберт Винер - 1949г. : появление кибернетики как науки об управлении.

Управление - действие или работа, функция, выполнение которой невозможно без предмета или системы, их реализующей.

Система - совокупность взаимосвязанных элементов. Каждый элемент выполняет свою функцию, из множества которых формируется функция всей системы, например автомобиль: функция движения - элементы: двигатель и т. д.

Схема системы управления.

О. У. – объект управления (чем управляют: авто, локомотив, предприятие).

У. О. – управляющий орган (кто управляет: машинист, директор).

о. с. 1 у.в. 1 о.с. 2

прямая связь

(ув)

о.с. 2

Действие

Обратная связь 1 –информация об изменениях во внешней среде или о воздействии внешней среды на объект управления.

Обратная связь 2 – информация о результате управления.

Управляющее воздействие – управляющие команды (действия)

у.в.1 – управляющее воздействие от системы управления более высокого уровня (система управления’).

С точки зрения системы управления более высокого уровня вся система управления более низкого уровня представляет собой объект управления.

Процесс управления является непрерывным и цикличным, включающим в себя следующие этапы:

1) оценка воздействия внешней среды;

2) принятие решения и реализация управляющего действия;

3) оценка результатов управления и корректировка управляющих решений и их действий.

Скорость протекания процесса управления зависит от скорости изменений во внешней среде. С развитием современной экономической системы скорость изменений в экономике резко возрастает с течением времени. Для обеспечения своевременной реакции системы управления на изменения во внешней среде необходимо поддерживать высокую скорость цикла управления. В дисциплине «Информационные технологии на транспорте» изучаются методы, способы, средства и устройства обеспечения высокого качества продвижения информации по обратным связям в системе управления транспортом.

Показатели качества информации в системах управления.

Качество информации оценивается с помощью системы показателей:

1) скорость передачи информации ( при большой скорости изменений во внешней среде даже незначительные задержки в передаче информации по обратным связям являются причиной несвоевременного принятия управленческих решений и возникновения аварий и катастроф).

2) достоверность, т. е. низкий процент ошибок в данных(при ручной обработке средний процент составляет 20%, при компьютерной - 5 - 10%).

3) полнота собираемых данных (чем выше скорость процесса управления, тем большее количество данных необходимо собрать и проанализировать. Например, в 80 - х годах на промышленном ж/д регистрировался только факт прибытия и отправления вагонов на предприятие, в настоящее время учитывается погрузка и выгрузка всех вагонов на всех фронтах, а также движение поездов на предприятии. В будущем будут регистрироваться все маневровые операции с вагоном.

4) глубина (степень) обработки данных (существуют «данные» и «информация» - обработанные данные. Преобразование данных в информацию требует времени и это снижает скорость управляющего воздействия.

Для обеспечения высокого качества работы обратных связей в настоящее время применяются информационные системы - это совокупность технических устройств, компьютерных программ, способов хранения информации в базах, математических методов обработки данных, способов организации работы информационной системы, методов защиты информации и т. д.

Понятие информации, методы оценки количества информации.

1. Статистический метод оценки информации.

Статистический метод основан на представлении информации как мере неопределённости событий. Информация позволяет уменьшить или сократить неопределённость, поэтому количество информации эквивалентно величине неопределённости, которую она позволяет сократить.

Закон К. Шеннона: количество информации в сообщении о событии обратно пропорционально вероятности совершения этого события.

Информация в системе управления необходима для принятия решений по устранению различных отклонений объектов управления от заданных значений. Эти отклонения происходят под воздействием внешней среды. Воздействия носят случайный характер случайный характер. Наименее вероятные события оказывают более сильное воздействие на объект управления, чем более вероятные.

Компенсация влияния на объект управления более сильных воздействий внешней среды требует больших затрат. В системах управления эти затраты значительно сокращаются за счёт получения информации о таких событиях или в результате прогнозирования этих событий.

В настоящее время большинство производственных транспортных информационных систем занимаются сбором данных о максимально вероятных событиях. При этом маловероятные события, которые приводят к возникновению тяжёлых экономических последствий как правило не учитываются и не выявляются.

Современным инструментом прогнозирования маловероятных событий на основании множества данных о вероятных событиях является технология Data mining (добыча информации). Технология позволяет находить устойчивые зависимости, закономерности в массиве разрозненных данных.

В перспективе информационные системы будут развиваться в направлении углубления анализа собранных данных с целью выявления опасных маловероятных событий.

Шеннон сформулировал объективный метод подсчёта информации, основанный на обобщении некоторых результатов статистической физики. Он рассматривает информацию как то, что устраняет неопределённость выбора. При таком подходе в качестве меры информации используется мера неопределённости выбора одного из n состояний системы, каждая из которых имеет неопределённую вероятность Р1, Р2,…Рn, причём , Шеннон называет эту меру энтропией системы Н (Р1,Р2,…Рn) или количества информации, характеризующую состояние системы:

К - коэффициент и основание логарифма, зависящие от выбранной системы измерения количества информации (например, двоичная система).

2. Тезаурусный метод информации.

Тезаурус – объём знаний человека. Недостатком статистического метода является то, что он не учитывает способность приемника информации интерпретировать получаемые сообщения (например, лекция на английском). Количество информации в сообщении зависит от уровня тезауруса приемника информации.

I, кол-во информации

1) 2)

Т (тезаурус)

На практике необходимо регулировать уровень тезауруса, т. е. квалификации людей анализирующих поступающую информацию, это означает:

1) необходимость обучения и подготовки людей, работающих с информационной системой;

2) необходимо своевременно изменять уровень полномочий и ответственности людей, достигших определённой квалификации.

3. Прагматический метод.

Позволяет оценить влияние информации на достижение цели управления

I - количество информации,

P - вероятность достижения цели управления после получения информации,

P* - вероятность достижения цели управления до получения информации,

Технологическая схема транспортного процесса:

грузопоток

О_1,2,3…n – технологические операции,

T – время, затраченное на операцию,

T₁<T₂<T₃ – накопление запаса, задержка грузопотока,

T₁>T₂>T₃ – простой оборудования,

T₁=T₂=T₃ – грузопоток не тормозится, согласованная переработка грузопотока.

На практике грузопотоки постоянно меняют свою интенсивность и структуру, поэтому регулярно возникают случаи задержки грузопотока или простои транспортных устройств. Основной целью информационной системы на транспорте являются своевременное предоставление информации о местах и случаях возникновения таких задержек и простоев. Эта информация является основным источником сокращения транспортных затрат и её получение является основной задачей информационной системы на транспорте.

4. Структурный метод.

Основан на представлении данных в памяти компьютера. Все данные в компьютере хранятся в двоичном виде. Двоичный способ представляет собой описание системы, у которой возможны два состояния: 1) свершившиеся события; 2) отсутствие события.

Более сложные значения и большие числа представляются восьмиразрядным двоичным кодом (байт) , 16 - разрядным, 32 - разрядным, 64 - разрядным.

1 - бит

00000000 - байт = 0

00000001 = 1

00000010 = 2

00000011 = 3

00000100 = 4

00000101 = 5

… всего 256

До недавнего времени при высокой стоимости компьютерной памяти широко применялись способы создания рациональных структур БД. В настоящее время структура хранения данных в компьютере оказывает влияние на скорость доступа к этим данным.

Функции и задачи управления системами различной сложности.

По мере возрастания сложности объекта управления усложняются задачи и функции управления. При создании информационной системы необходимо правильно оценивать автоматизируемые задачи и функции для каждого конкретного объекта.

По сложности системы разделяются на следующие уровни (виды) систем:

1) Технические системы;

2) Технологические системы;

3) Организационные системы;

4) Социально - экономические системы.

1) Технические системы – представляют собой искусственные (созданные человеком) системы, основными элементами которых являются технические устройства.

Функции управления: 1) стабилизация; 2) программное управление; 3) слежение; 4) оптимальное управление.

Функция стабилизации:

П У.В.

П_н

П_ф

t, время

У.В. - управляющее воздействие

П - параметр системы управления

П_н-нормативное значение параметра

П_ф - фактическое значение параметра.

При решении задач стабилизации значение нормативного параметра не изменяется и требуется максимально близко приблизить фактическое значение к нормативному с помощью управляющего воздействия (например, термостат, сливной бочок и т. д. ).

Функция программного управления:

П

П_н

П_ф

t, время

То же, но П_н меняется со временем.

При решении задач программного управления нормативное значение параметра изменяется заранее известным образом, т. е. по программе (стиральная машина).

Функция слежения:

П

П_ф

П_н

t, время

Нормативное значение параметра меняется заранее не известным образом (военная самонаводящаяся техника).

Задачи оптимального управления:

П

П_н

П_ф

t, время

Нормативное значение изменяется неизвестным образом, но требуется найти оптимальный путь достижения цели управления (например, самонаводящаяся ракета не летает за целью, а предсказывает куда она полетит и поражает ее).

Эти задачи хорошо описаны, доведены до уровня конкретных расчётов и широко применяются в технических устройствах. Рассмотренные задачи управления сохраняются при управлении более сложными системами, однако, дополняются новыми функциями.

2) Технологические системы - это совокупность людей, техники, материальных ресурсов и технологий, преобразующих исходные ресурсы в готовую продукцию или услуги. Технологии - это знания о способах преобразования ресурсов в продукцию или услуги. Основным элементом технологической системы является технология, человек выполняет роль исполнителя(не принимает решения).

Новая функция и задача управления наряду с четырьмя предыдущими – это задача адаптации технологии к изменениям внешней среды. В настоящее время транспортные системы в основном находятся на уровне технологических систем. В зависимости от силы внешних изменений применяют 4 вида адаптаций:

· параметрическая;

· структурная;

· системная;

· адаптация целей.

(См. технологическую схему транспортного процесса)

- изменяющийся грузопоток, в таких условиях мы должны уметь изменять скорость переработки (уменьшать или увеличивать).

В условиях колебаний грузопотоков необходимо подстраивать работу элементов технологической системы под эти изменения.

Параметрическая адаптация -это изменение параметров элементов технологической системы (изменение продолжительности операций, числа устройств и т. д.).

Структурная адаптация – более сильные колебания или в течение более продолжительном промежутке времени (изменение числа элементов и связей в технологической системе в условиях больших или длительных колебаний грузопотока, т. е. изменение структуры). Добавляются новые или ликвидируются существующие элементы связи.

Системная адаптация – поиск и устранение ведущего ограничения в системе (как правило, переход на другую технологию работы). На ж/д транспорте существуют гибкие технологии перевозочного процесса.

Адаптация цели – изменение цели работы технологической системы. Существует 2 основные стратегические цели технологической системы:

1) миниминизация затрат, при заданном уровне качества продукции;

2) максимизация качества и прибыли при ограниченных затратах.

При реализации адаптации более высокого уровня происходят все адаптационные изменения на более низких уровнях и наоборот.

Основным возмущающим элементом технологической системы, приводящим к возникновению колебаний ресурсного потока, является человек. Устранение человека из технологического процесса называется автоматизацией и приводит к тому, что технологическая система переходит в разряд более простых технических систем.

3) Организационные системы – совокупность технологических процессов, целей и её структуры. Основным элементом организационной системы является человек, принимающий решения (управленческие) и вступающий в информационные взаимоотношения в коллективе. Основной функцией организации является её развитие.

Развитие – это процесс целенаправленных, качественных и необратимых изменений в организационной системе.

Целенаправленные изменения – изменения, реализуемые в соответствии с планом (стратегическим) развития

Качественные изменения – развитие – это изменение работы организации на порядок (переход на другой качественный уровень). Множество количественных изменений в организации называется ростом организации.

Необратимые изменения – изменения, которые невозможно устранить. Подробно организационное развитие изучается в дисциплине менеджмент.

4) Социально - экономические системы– основным элементом является человек, как носитель экономических интересов и потребностей. В организационных системах человек является носителем «мотивов» (см. теория мотивации). Экономические интересы и потребности людей изучаются дисциплинами «маркетинг», «макроэкономика». Основной задачей управления социально - экономическими системами является функция контроля процессами самоорганизации.

Самоорганизация – это неуправляемый процесс возникновения в системе новых свойств и структур.

Под контролем процессами самоорганизации понимается контроль условий возникновения этого процесса. Изучением процессов самоорганизации занимается наука «синергетика» (И. Пригожин, Г. Хакен).

3 основных условия возникновения процесса самоорганизации:

1) наличие большого числа элементов системы;

2) наличие положительных обратных связей в системе управления;

3) наличие флуктуаций.

1. Большое число элементов обеспечивает множество связей между ними. Эти связи приводят с одной стороны к качественным изменениям, с другой стороны к возникновению флуктуаций.

2. Положительные обратные связи усиливают отклонения от нормативных значений управляемой величины.

П о.о.с. о.о.с.

п.о.с.

П_н

п.о.с. о.о.с. П_ф

t, время

П_н – нормативное значение параметра;

О. О. С. – отрицательные обратные связи – сокращают отклонения фактического значения параметра от нормативного;

П. О. С. – положительные обратные связи усиливают отклонение фактического параметра от нормативного.

Положительные обратные связи со временем приводят к изменению значения нормативного параметра. Например, изменение объёмов перевозок, рентабельности и т. д. В организациях положительные обратные связи являются источником инноваций, т. е. новых технологий.

Новая технология – отклонение от существующей или нормативной технологии. Сложность заключается в оценке качества отклонения, т. е. хорошее или плохое.

3. Флуктуации – случайные отклонения от нормы. В настоящее время количество флуктуаций в обществе оценивается как главный фактор его инновативности. Существует понятие «инновативная экономика», т. е. социально - экономической системы, благоприятной для возникновения и развития инноваций. Многие экономисты предлагают оценивать степень инновативности региона по следующим критериям:

1) число людей, обладающих учёной степенью, начиная с бакалавров;

2) число полученных патентов;

3) критерий богемности (писатели, художники, поэты, артисты) ;

4) число эмигрантов;

5) число людей с нетрадиционной ориентацией – гей-индекс (по тем или иным признакам отклоняются от нормы, чем больше уровень отклонения от нормы, тем благоприятнее условия для возникновения инноваций).

Практической использование знаний основ управления системами различной сложности.

Знание функции управления необходимо для правильного выбора автоматизируемых задач и функций при создании конкретной информационной системы. В настоящее время транспортные предприятия с точки зрения их автоматизации рассматривают как технологическую систему. Основные причины:

1) транспортная система не является технической, потому что на её работу определяющее влияние оказывают люди, как исполнители и организаторы перевозочного процесса. Однако, отдельные операции с грузами и ПС полностью автоматизированы и рассматриваются как простые технические системы. Например, автоматизирован процесс роспуска составов поездов с сортировочной горки. В настоящее время актуальной является задача автоматической регистрации данных о грузах и ПС. Это системы автоматизированного считывания номеров транспортных средств и кодов грузовых мест.

2) актуальной является задача поиска и устранения «узких мест» в транспортной технологической системе. В настоящее время большинство информационных систем на транспорте эту задачу не решают. Объективная причина заключается в нехватке оперативных данных о движении ПС, субъективная причина – низкая квалификация руководителей и работников информационных систем.

3) транспортная система не рассматривается как организационная потому, что часть функций управления транспортом как организацией уже автоматизировано – функция планирования перевозок и контроля перевозок. Все информационные системы на транспорте в основном автоматизируют функцию контроля перевозок.

Помимо контроля и планирования при управлении организационной системой выполняются функции мотивации поведения людей и организации работ. Основной функцией является управление мотивацией. Автоматизация процесса управления мотивацией реализуется в рамках системы управления персоналом (см. дисциплины менеджмент и логистика). Таким образом, часть функций организационной системы уже автоматизированы, а функции управления персоналом и мотивацией не являются специфической функцией транспортного предприятия.

4) объектом управления социально - экономической системы является человек, как носитель экономических интересов.

Информационные системы решают задачи сбора и анализа макроэкономических и демографических данных (уровень зарплаты, уровень цен и т. д. ). В настоящее время сбор этих данных для транспортных систем неактуален, т. к. большинство транспортных предприятий географически располагаются в одном регионе с одинаковыми макроэкономическими и демографическими показателями. При формировании транспортно - логистических систем, элементы которых располагаются в разных регионах или странах объём данных для принятия решений является ограниченным и не требует создания отдельной информационной системы. Например, выбор мест перегрузки груза, уровень социально - экономического развития места перевалки влияет на стоимость и качество работ, однако, достаточно получить информацию о стоимости и качестве услуг, технических особенностях порта (его возможностях) , не анализируя детально социально - экономическую ситуацию в регионе.

Анализ социально - экономической ситуации необходим, если принимается решение о приобретении порта в собственность. Приобретать собственность не следует в регионах, находящихся в периоде экономического спада.

Таким образом, основная задача современной информационной системы на транспорте сводится к постоянному поиску и устранению задержек в продвижении грузопотоков, а также простоев транспортных устройств на основании анализа оперативных данных о движении грузов и ПС.

Порядок разработки и внедрения информационной системы.

Работы по созданию информационной системы (ИС) разбиваются на ряд этапов:

1. Предпроектная стадия создания ИС.

2. Разработка технического задания.

3. Разработка технического проекта.

4. Рабочее проектирование.

5. Опытно - промышленная эксплуатация ИС.

6. Эксплуатация ИС.

7. Реорганизация ИС.

Рассмотрение каждого этапа происходит по плану:

1) зафиксировать цели и задачи этапа;

2) состав работ, выполняемых на этапе;

3) характерные ошибки.

Предпроектная стадия.

Цель: разработка концепции построения будущей ИС.

Задачи: обследование технологии работы предприятия, реорганизация существующей системы документооборота или системы управления в целом, оценка экономической эффективности будущей ИС.

Работа этапа:

1) Изучение разработчиками ИС технологии работы предприятия. Разработчики современных ИС являются узкими специалистами в своей области, поэтому они должны полностью изучить и знать технологию автоматизируемого предприятия. Предварительно рекомендуется изучить нормативные документы, содержащие описание основ технологического процесса. Например, на промышленном ж/д транспорте: ТРА, единый технологический процесс, работы станции примыкания ОАО «РЖД» и ж/д пути необщего пользования, т. е. ж/д станций предприятия, контактный график.

Контактный график – график движения внутризаводских поездов постоянного состава (вертушки). Более тщательное изучение технологии выполняется несколькими методами: 1) метод анкетирования (см. лаб. раб.); 2) создание рабочих групп из специалистов предприятия и разработчиков ИС; 3) выделение консультанта, владеющего знаниями технологии работы.

2) Обследование системы управления предприятия и системы документооборота.

Это обследование выполняется для выявления и устранения недостатков существующей системы документооборота.

Основные недостатки:

- сбор избыточных данных;

- составление дублирующих друг друга документов;

- перегрузка работы по составлению документов в отдельных элементах системы управления.

Перечисленные нарушения возникают в процессе многолетнего использования одной и той же системы документооборота.

Возникновение новых требований к документальному оформлению работ связано с необходимостью составления новых документов, при этом существующая до этого система документооборота, как правило, не пересматривается. В результате составляется множество документов, которые дублируют друг друга, и содержание которых практически не используется в управлении. Реорганизация существующей системы документооборота способна повысить её эффективность на 30 - 50% без использования ИС. С другой стороны информатизация неэффективной системы документооборота способна замедлить обработку информационных потоков. Ни в коем случае нельзя механически переводить «бумажные» документы в электронный вид без устранения недостатков системы документооборота. В частности, необходимо устранить промежуточные документы, составление которых необходимо только при ручном составлении документов.

3) Разработка концепции будущей ИС (см. тему «Информационное обеспечение»).

Концепция – способ описания технологии работы предприятия в форме взаимодействующих информационных объектов.

Информационный объект – совокупность данных, относящихся к одному реальному или материальному объекту. Например, ж/д вагон описывается следующими данными: номер вагона, тип, грузоподъёмность, род груза.

Взаимосвязь информационных объектов определяет технологию работы с ними, т. е. соединение нескольких вагонов с информационным объектом «локомотив» описывает технологическую операцию: формирование поезда.

На предпроектном этапе необходимо требовать от разработчиков ИС чёткого выделения устойчивых информационных объектов и связей между ними.

Устойчивыми информационными объектами и связями называются связи, которые не изменяются при существенном изменении технологии работы. Например, можно выполнять операцию «формирование состава поезда» различными технологическими способами. При этом устойчивой связью будет та, которая связывает между собой информационные объекты «вагон», «маневровый локомотив», «станция формирования».

Построение ИС на учёте неустойчивых информационных объектов приводит, как правило, к необходимости последующей переделки ИС и БД, это связано с дополнительными затратами, например, многие ж/д ИС ориентированы на работу с поездами, при этом определяются жёстко маршрутные, сборные поезда и т. д. При изменении технологии работы, когда маршрутный поезд может стать сборным, необходимо переделывать БД, а это потеря времени, остановка работы и т. д. (концептуальная схема разраб. в лаб. раб. 4)