Аннотация
Кутах А.П. Математические модели и инструментальные средства информатизации управления транспортными процессами. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН Украины и МОН Украины, Киев, 2005.
Решена актуальная и важная для экономики страны проблема разработки и обоснования математических моделей, методов и алгоритмов оптимизации при осуществлении логистического управления большими транспортными комплексами с помощью прогрессивных информационных технологий. С применением системного логистического подхода, идей и методов математического моделирования, математического программирования, теории автоматов, теории массового обслуживания созданы аналитические, алгоритмические и программные средства оптимизации, использование которых позволило существенно улучшить экономические показатели функционирования ряда транспортных предприятий.
Показана целесообразность и необходимость использования принципов и подходов логистики при организации функционирования транспортных предприятий, где стержнем формирования концепции создания логистических систем должна служить идея организации вертикально-интегрированных систем движения материальных потоков, в центре внимания которой находится потребитель. Показано, что объективным основанием создания логистической системы является реализация синергетического эффекта, который проявляется в 1) общем ускорении материального потока; 2) уменьшении общих затрат за счет устранения конфликтов частных затрат; 3) повышении уровня логистического сервиса. Составляющие синергетического эффекта реализуются в процессе трансформации материального потока.
Анализ преимуществ и недостатков существующих методов моделирования показал, что особенно продуктивным является сочетание в одном исследовательском процессе методов имитационного моделирования и вероятностных автоматов.
Решена задача составления регулярного плана формирования поездов и организации технологической обработки вагонов на участковых и сортировочных станциях, которая имеет важное значение в организации грузопотоков. Целевой функцией является максимизация суммарного объема грузопотоков, которые проходят через станцию транзитом, что эквивалентно максимальному использованию ее пропускным возможностям.
Решена задача согласования подачи вагонов на грузовые фронты станции под разгрузку с работой нагрузочно-разгрузочной техники и автотранспорта, который вывозит грузы потребителю, при обеспечении разгрузки вагонов и доставки грузов с минимальными затратами. Математической моделью такой транспортной ситуации является задача линейного программирования. Другая задача – согласование временных параметров взаимодействия магистрального железнодорожного транспорта и промышленного автотранспорта решена с помощью теории расписаний. Результатом является график прибытия и отправки автомобилей на станцию и со станции, при котором обеспечивается максимальное использование вместимости подвижного состава в течение периода планирования.
Исследованы модели взаимодействия автоматов со сложной средой, которая содержит в себе некоторое множество сред, переключение которых зависит от действий автоматов.
На примере одного класса задач управления в системах массового обслуживания описаны процессы формализации задач управления на языке теории поведения автоматов и организации поведения автоматов, которые решают эту задачу. Показано, что некоторых случаях не существует стационарного распределения вероятностей состояний для известных классов автоматов. Поэтому приобретает особую актуальность использованный подход к организации оптимального поведения в случайных средах, связанный с разработкой алгоритмов целенаправленного изменения структуры автоматов.
Поиск способов построения автоматов, которые функционируют оптимальным образом в произвольных стационарных случайных средах, обусловили необходимость исследования обучающихся автоматов. Задача организации поведения автоматов формулируется так: необходимо в каждой среде определить такое действие автомата, при котором математическое ожидание количества штрафов, отвечающих этим действиям, является минимальным. Показано, что если значения элементов матриц вероятностей переключений сред под влиянием действий автомата и векторов состояний сред заранее известны, то эта задача сводится к стандартной задаче математического программирования.
Получены важные теоретические результаты, которые дают возможность определять поведение автоматов, функционирующих в переключаемых средах, поведение автоматов с изменяющейся структурой в среде, реагирующей на изменение действий, а также поведение автоматов в управляемой переключаемой среде. Эти результаты являются фундаментом для создания эффективных автоматных моделей сложных логистических транспортных систем, которые функционируют под влиянием случайных факторов.
Приведена оригинальная постановка задачи управления системами массового обслуживания с помощью аппарата вероятностных автоматов. Доказана принципиальная возможность существования автоматов, использование которых в модели управления системой массового обслуживания обеспечивает выбор оптимальных значений управляющих приоритетных параметров, определяющих выбор требований из очереди на обслуживания. Показано, что существуют конструкции автоматов, которые в случайных переключаемых средах обучаются выполнять с вероятностью единица то действие, штраф за которое минимален.
Доказано фундаментальное утверждение, которое устанавливает, что множество управляющих приоритетных параметров, которое полностью определяет поведение СМО в конфликтных состояниях, минимизируя при этом введенный функционал потерь, состоит лишь из нулей и единиц. Данное утверждение позволяет строить однозначные и удобные в использовании алгоритмы управления системами массового обслуживания.
Построены математические имитационные и/или автоматные модели ряда реальных транспортных систем. Результаты работы полностью реализованы в транспортной отрасли Украины. Суммарный экономический эффект от внедрения превышает 2,5 миллиона гривен в год.
Ключевые слова: транспортный процесс, перевозки, система поддержки принятия решений, логистика, математическая модель, оптимизация, вероятностный автомат, система массового обслуживания.
Summary
Kutakh A.P. Mathematical models and tools of information technologies implementation of transport processes control. – Manuscript.
Thesis of the dissertation on a Doctor degree in Technique Sciences on a specialty 05.13.06 – automatic managing systems and progressive information technologies. – International research and training center for information technologies and systems, Kyiv, 2005.
This dissertation is devoted to mathematical models creation, tools and optimization algorithms in big transport complexes’ logistic management, using progressive information technologies. Logistic approach to actual tasks on transport processes organization and different transport type cooperation is defined. Actual and important for Ukrainian economic problems of transport effectiveness improve and total logistic cost decrease are solved. Analytic and algorithmic tools are created, using logistic approach, mathematical models ideas and methods, mathematical programming, automation theory, queues theory. Mentioned tools enabled several transport enterprises to increase economical indicators substantially, by means of progressive logistics-based management technologies implementation in the transportation systems, ensuring the scientifically verified management decision making under uncertain conditions.
Keywords: transport process, transportation, decision making support system, logistics, mathematical model, optimization, probabilistic automat, queue system.
| 
