Индивидуальный рельсовый транспорт
В настоящее время основным видом транспорта в мире является автомобильный транспорт.
Преимущество прочих видов транспорта по тем или иным отдельным показателям перевозок тех или иных видов грузов или пассажиров позволяет им успешно существовать в собственной нише и даже развиваться, но суммарная общественная значимость их все-таки ниже автомобильного транспорта. Прежде всего, это касается железнодорожного транспорта.
Однако такое положение автомобильный транспорт занял не сразу. С 19 века считалось, что будущее за железнодорожным транспортом. В качестве основных преимуществ последнего назывались гораздо более экономичные затраты энергии при перемещении единицы груза, а следовательно и более дешевые перевозки. Это обуславливается тем фундаментальным фактом, что трение качения колеса о рельс меньше, чем даже трение скольжения корпуса корабля о воду, не говоря уже о трении автомобильного колеса об асфальт.
Причины, приведшие к вытеснению железнодорожного транспорта из повседневного обращения, оказались вне учета экономичности процесса транспортировки. Прежде всего, это возможность движения только там, где проложены железнодорожные пути, т.е. ограничения со стороны густоты сети. Напротив, автомобильный транспорт изначально позиционировался как вседорожное средство, что и позволило ему на начальном этапе развития предлагать услуги на всей территории земли и, тем самым, получить существенное преимущество. В настоящее время железнодорожный транспорт позиционируется в первую очередь как грузовой и магистральный, а это подразумевает, что густота его сети в принципе не может быть высокой по экономическим соображением. Поэтому и в дальнейшем не следует ожидать массовости железнодорожного транспорта.
Отметим, что сейчас условие движения только вдоль дорог не играет такого значения, поскольку в настоящее время большинство автомобилей двигаются также только по асфальтированным дорогам. При этом стоимость километра современных автомагистралей существенно превосходит стоимость километра железных дорог. Да и площадь земель, отведенных под автодороги на порядки больше. Однако уже исторически накопленная густота автомобильной сети сейчас ставит железнодорожный транспорт в заведомо неконкурентное положение.
Есть еще одна очень важная причина, из-за которой железнодорожный транспорт существенно проигрывает автомобильному. В случае автомобильного транспорта решения о перевозке, маршрут и время движения выбирается владельцем транспортного средства самостоятельно. Ему не надо согласовывать график движения, и он может поменять его в любой момент, не надо получать разрешение на поездку. При этом он сам может быть водителем, что существенно сокращает затраты. В случае небольших и несистематических грузов это оказывается решающим преимуществом. Таким образом, основным препятствием для превращения железнодорожного транспорта в массовый является его главное в настоящее время преимущество – централизованность процесса перевозок. В частности по этой причине пассажирский железнодорожный транспорт может существовать только при наличии высокоинтенсивных потоков.
Нетрудно заметить, что если удастся организовать индивидуальное движение по железнодорожным сетям, что очень скоро железнодорожный транспорт станет доминирующим в мире.
Возможность организации индивидуального движения по железнодорожным путям ограничивается многими факторами, прежде всего, чисто технологическими. Необходимо создать механизмы, которые не будут допускать образования пробок и встречного движения, соблюдать очередности прохождения общих участков пути, регламентировать использование общих объектов инфраструктуры, переключать режимы функционирования указателей и т.д. Отдельно следует выделить проблему безопасности, поскольку тормозной путь на рельсах намного больше, чем у автомобиля. Да и сама ситуация, когда индивидуальный водитель сможет заблокировать движение многотонного состава может существенно снизить эффективность перевозок.
Однако, если последовательно рассмотреть все препятствия, стоящие на пути создания индивидуального рельсового транспорта (далее ИРТ), то оказывается, что они вполне разрешимы. При этом важно то, что эффективность такого ИРТ оказывается выше, чем у автомобиля или классической железной дороги для многих классов грузов и пассажиров.
Прежде всего, можно рекомендовать внедрение подобных сетей ИРТ в условиях мегаполиса как дополнительную сеть для существующих автомобильных дорог. Их можно строить в несколько этажей, что существенно расширит пропускную способность городской транспортной системы. Кроме того, предполагается, что многие транспортные средства, которые будут иметь доступ к сетям ИРТ, смогут двигаться и по автомобильным дорогам, что позволит наращивать ИРТ сеть постепенно.
Другое направление использования подобного транспорта – малоосвоенные территории. Стоимость километра путей в этом случае будет существенно ниже, чем у существующих автомобильных и железнодорожных дорог, а их прокладка потребует меньших затрат.
Agassiant A.A, Strelnikov A.I. Rational Development of urban transportation systems, with due consideration given to environmental protection. M: 1989, 97 p.
Гольц Г.А. Транспорт и расселение. М.: Наука 1981, 248с.
Кине Э. Экономико-математические методы и политика Франции в области транспорта.// Экономика и математические методы. – т. XXVIII, Вып. 3 – 1992.
Лифшиц В.Н., Системный анализ экономических транспортных процессов на транспорте., М., Транспорт, 1986 г.
Позамантир Э.И. Модель прогнозирования финансовых результатов деятельности на транспорте при изменении тарифов // Экономика и математические методы. – т. XXXIV, вып. 1, 1998 г.
29. Боровиков А.В.,
д.т.н., проф., Шульгин В.В.,
д.т.н., проф.,
СПбГУСЭ,
Санкт-Петербург
К вопросу о комплексном повышении технического уровня
автомобильных двигателей и эксплуатационных характеристик
автотранспортных средств
Современная тенденция развития автомобильных двигателей характеризуется увеличением их агрегатной и удельной мощности, снижением расхода топлива, уменьшением токсичности выбросов отработавших газов (ОГ) и др. Произошла значительная диверсификация конструктивных и технологических решений, способствующих совершенствованию рабочего процесса в двигателе.
Одним из основных направлений, позволяющих форсировать двигатель, обеспечить комплексное повышение показателей технического уровня является высокоэффективный турбонаддув, использование которого долгое время ограничивалось ухудшением приемистости на нерасчетных режимах. Сегодня двигатели, установленные на автотранспортные средства (АТС) BMW ALPINA B3 BITURBO, Audi RS6, Porshe 911Carrera Coupe и др. при мощности 300…500 л.с. позволяют при разгоне от 0 до 100 км/ч использовать время 4,5…4,8 с.
Авторским коллективом [1] в результате оптимизации газодинамических, геометрических и режимных параметров турбокомпрессора наддува значительно улучшены эксплуатационные показатели двигателя в условиях работы на номинальных и долевых режимах, в том числе при высоких значениях наддува и с учетом нестационарности подачи воздуха в цилиндры. КПД компрессора турбонаддува повышен на 4…6% по сравнению с существующими отечественными аналогами. Удельный расход топлива снижен на 3…4 г/(кВт·ч), повышена его надежность и экологическая безопасность. Результаты исследования внедрены при проектировании турбокомпрессора ТК-23, используемого в двигателях карьерных автосамосвалов.
После того, как поток ОГ отработал на турбокомпрессоре, он может быть вторично полезно использован с целью утилизации и аккумулирования теплоты. Накопление теплоты от ОГ осуществляется в специальных устройствах – тепловых аккумуляторах фазового перехода (ТАФП), которые агрегатируются с автомобильным двигателем. Аккумулированная теплота в дальнейшем применяется для повышения эксплуатационных характеристик АТС, например для предпускового разогрева двигателей перед пуском при безгаражном хранении АТС в условиях низких температур окружающей среды, отопления салона (кабины) АТС при неработающем двигателе, тепловой стабилизации матрицы каталитического нейтрализатора на различных неустановившихся режимах работы автомобильного двигателя в сложных городских условиях и др.
Выполненные комплексные теоретические и экспериментальные исследования [2] доказали целесообразность использования бортовых ТАФП на различных АТС. Широкое внедрение ТАФП позволяет по-новому решать многочисленные проблемы в области эксплуатации автомобильного транспорта. Так, по заказу Комитета по транспорту Правительства Санкт-Петербурга проводились натурные испытания системы предпускового разогрева дизеля КамАЗ-7408.10, установленного на городском автобусе ЛиАЗ-5256. В данной системе в качестве источника теплоты (накопителя) был использован ТАФП, утилизирующий как теплоту охлаждающей жидкости, так и теплоту ОГ дизеля. Накопление теплоты в зимний период эксплуатации осуществлялось за 1-2 ч работы автобуса на линии в режиме пригородного маршрута. По прибытии в парк автобус хранился на открытой площадке в течение 12…16 ч. Разогрев двигателя перед пуском производился в течение 5-10 мин, при этом температуру тосола в зарубашечном пространстве дизеля удавалось повысить от отрицательных температур (-20…-5ºС) до +37ºС.
Подобные исследования успешно выполнены на легковом автомобиле УАЗ, грузовых автомобилях КамАЗ и МАЗ, а также некоторых строительно-дорожных машинах.
Следует отметить, что установка ТАФП после турбокомпрессора, с одной стороны, дает возможность вторичного использования энергии потока ОГ, а с другой стороны, потребует перерасчета термодинамических параметров турбокомпрессора из-за увеличения гидравлического сопротивления газовыпускного тракта. Для оценки этого влияния возможно использование апробированных методик расчета турбокомпрессора, широко применяемых в инженерной практике. Тем не менее данное техническое решение может быть рассмотрено как реальный вариант комплексного повышения технического уровня автомобильных двигателей и одновременно эксплуатационных характеристик АТС.
Список литературы
1. Боровиков А.В., Симонов А.М., Гнездилов С.М. Влияние гидравлических потерь в компрессоре турбонаддува на характеристики транспортного двигателя// Двигателестроение. – 2006. - № 3
2. Шульгин В.В. Тепловые аккумуляторы автотранспортных средств. – СПб.: Издательство Политехнического университета, 2005. – 268 с.
30. И.П.Владимирская, канд.техн.наук,
П.А.Новиков, аспирант.
Согласованное взаимодействие железнодорожного и морского транспорта в припортовых транспортных узлах
Стык между железнодорожным и другими видами транспорта, особенно при перевозке экспортных грузов через морские порты, является одним из узких мест в транспортной системе страны. В неблагоприятные периоды на подходах к припортовым станциям по сети дорог ежесуточно простаивают в ожидании приема сотни «брошенных» поездов, а на самих перегрузочных станциях – тысячи вагонов в ожидании перегрузки.
Взаимодействие начинается с момента выбора ритма отгрузки грузов назначением в порт и появления судов в прогнозной области. В логистике эти пространства рассматривались без разделения на составляющие. Анализ показал, что их надо структурировать, так как отдельные части существенно отличаются по характеру и задачам взаимодействия. Необходимо четко выделить зоны взаимодействия, сформулировать задачи, определить критерии и выбрать методы оптимизации технологии взаимодействия.
По структурным и функциональным особенностям целесообразно выделить по три зоны взаимодействия со стороны морского и железнодорожного транспорта. Зоны дальнего, среднего и ближнего взаимодействия имеют свои особенности, хотя все они должны функционировать как подсистемы одной системы. Степень управляемости процессов в железнодорожной подсистеме значительно выше, потому что поток разбивается на большее число струй (для погрузки одного судна требуется несколько десятков железнодорожных составов.
Непосредственное, контактное взаимодействие происходит в ближних зонах. С железнодорожной стороны – это склады и подобранные группы вагонов на припортовой железнодорожной станции. Задача взаимодействия ближних зон является обеспечение требуемого ритма погрузки. При этом необходимо выбрать рациональный технологический процесс работы железнодорожной станции. Таким образом, критерий взаимодействия в ближней зоне следует формулировать как минимум приведенных суммарных задержек в грузовых и технологических операциях.
К зонам среднего взаимодействия относятся с морской стороны суда в акватории порта, а с железнодорожной – составы на станциях в зоне ожидания. Зона ожидания – это несколько близлежащих станций, которые используются как своего рода накопитель. Там находятся составы, ожидающие прибытия определенного судна. Задачей взаимодействия является управляемый подвод судов и составов. Критерием – минимум отклонений от заданного ритма прибытия составов на припортовую станцию и судов к причалам.
К зонам дальнего взаимодействия относятся с морской стороны суда в прогнозной области (10-20 суток), с железнодорожной – грузопотоки от пунктов погрузки. Здесь невозможно точное управление, так периоды движения судов и вагонов большие и поэтому совокупность случайных факторов влияет слишком сильно на конечный результат.
Основная задача вытекает из функциональных особенностей этих зон. С железнодорожной стороны это будет обеспечение функциональной готовности буферной зоны. Под буферной зоной здесь понимаются зоны ближнего и среднего взаимодействия, которые непосредственно обеспечивают погрузку очередного судна. Функциональная готовность – это когда груза в буферной зоне (на складах, припортовой станции и станциях в зоне ожидания) достаточно для погрузки судна. Естественно, это нужно рассматривать по всем струям потока. Критерием для управления грузопотоками является минимум отклонения от оптимальной границы линии относительного заполнения буферной зоны. Таким образом, три зоны взаимодействия работают как подсистемы в системах взаимодействия. При этом зоны имеют отличие в задачах взаимодействия, критериях и методах оптимизации.
Для оптимизации взаимодействия предлагается использовать специальные методы -метод динамического согласования (МДС ) и имитационный метод динамического согласования(И-МДС).
Метод МДС позволяет рассчитать ритмы отправления грузов из разных пунктов при заданных ритмах прибытия в пункты назначения с учетом возможностей транспортной инфраструктуры. Он разработан на базе динамической транспортной задачи с задержками.
Метод строгой динамической оптимизации МДС применим для больших полигонов, где можно абстрагироваться от детального описания структуры и технологии. Структура там описывается в виде графа, каждой дуге сопоставляется фиксированное время движения потока и заданная пропускная способность. При рациональной организации технологических процессов на станции необходимо подробно отображать схему путевого развития и технологию работы, ибо они существенно влияют на результаты.
То есть требуется построить имитационный аналог МДС. Метод И=МДС позволяет также согласовывать начальные и конечные ритмы.
Эти методы оптимизации технологических процессов позволят, будучи встроенными в соответствующие АСУ, существенно улучшить взаимодействие железнодорожного и морского транспорта.
31. Осипян А.А.
Еврокоды
Еврокоды – это единые европейские нормы строительного проектирования, разработка которых была начата по инициативе Европейской Комиссии в середине 70-х годов. Еврокоды являются доказательной базой европейской Директивы 89/106/ЕС, основополагающей в области строительства. Разработка Еврокодов велась 30 лет и потребовала затрат в сумме, превышающей 100 миллионов Евро. В настоящее время ответственность за подготовку этих нормативно-технических документов несет Европейский совет по стандартизации (CEN). Переобучение европейских проектировщиков с национальных норм на проектирование по Еврокодам началось еще в 90-х годах прошлого века, так как все национальные нормы проектирования к 2010 году будут изъяты из обращения всеми странами Евросоюза, и с 2010 года проектирование будет осуществляться исключительно по Еврокодам, что законодательно закреплено межгосударственными соглашениями.
По состоянию на текущий момент Еврокоды представляют собой базу нормативно-технических документов, охватывающих полный комплекс стандартов для строительного проектирования для всех наземных сооружений. Еврокоды содержат прямые ссылки на гармонизированные европейские и международные стандарты по строительству, содержащие требования к материалам (EN стандарты). Соответственно, одновременно в переводом и гармонизацией Еврокодов необходимо переводить и гармонизировать EN стандарты. К 2010 году все или основная их часть будет рекомендована в качестве международных стандартов ИСО.
Каждый из десяти Еврокодов, состоит из нескольких частей, которые включают в себя различные технические аспекты проектирования конструкций, пожарной безопасности зданий и систем коммуникаций.
Реформа технического регулирования в России, как известно, длится более пяти лет, однако состояние базы нормативно-технической документации остается в удручающем состоянии. Проблема касается строительной отрасли в целом, но критичной является для особо опасных объектов, включая уникальные, к которым относятся и железные дороги, и высотные или многофункциональные здания. Речь идет и об объектах инфраструктуры высокоскоростных железнодорожных магистралей, объемы строительства которых в ближайшем будущем будут только увеличиваться. Ситуация, в которой оказалась строительная отрасль России, диктует необходимость срочной актуализации российской нормативной документации.
К 2010 году реформа технического регулирования должна быть завершена. После утверждения технических регламентов для строительной и железнодорожной отраслей соблюдение их требований станет невозможным в отсутствие адекватной доказательной базы. В качестве примера следует привести проекты перечней национальных стандартов и сводов правил к техническим регламентам для железнодорожного строительства – перечисленные в нем своды правил проектирования еще не разработаны, что, очевидно, замедлит темпы строительства тех же объектов инфраструктуры высокоскоростных магистралей. Те же проблемы касаются всей строительной отрасли России.
Отсутствие актуальных нормативов ставит отрасли перед выбором пути, который, по мнению Союза, состоит из двух альтернатив: американская система стандартизации или подход стран-членов Евросоюза. Американская система распределена по промышленным отраслям и поддерживается многочисленными организациями по стандартизации, как частными, так и государственными. Американские стандарты разрабатывались по отдельным отраслям в ответ на конкретные запросы промышленных предприятий и органов государственной власти.
На выбор влияет несколько факторов. В их числе признание Европейской экономической комиссией ООН опыта Евросоюза в сфере технического регулирования как наиболее успешного в мире. Помимо этого, на выбор также влияет тот факт, что торговля со странами Евросоюза составляет большую долю российской внешнеэкономической деятельности. В связи с этим применение европейского опыта в сфере стандартизации является для России не только удобным, но и крайне важным.
С 2010 года по Еврокодам будут проектироваться все типы объектов капитального строительства, включая жилье, офисы, промышленные и линейные объекты, мосты и тоннели. Структура Еврокодов позволит установить ряд национальных параметров в соответствующих приложениях, тем самым учитывая климатические, геологические и иные особенности отдельных регионов России. Использование Еврокодов даст целый ряд неоспоримых преимуществ, включая снижение себестоимости строительства более чем на 20%, что крайне актуально как для строителей, так и для конечных потребителей.
Подходить к разработке нормативной документации, тем более в случае внедрения совершенно новых для страны нормативов, следует системно и на общегосударственном уровне, привлекая к работе специалистов всех смежных отраслей и учитывая опыт разработки и актуализации существующих, но по большей части морально устаревших СНиПов, которые неприменимы к высокотехнологичным объектам, проектируемым в настоящее время.
Преимущества перехода на Еврокоды:
Во-первых, это проектирование с использованием единой европейской системы стандартов, постоянно обновляющейся, и, соответственно, учитывающей новейшие разработки европейских научных институтов.
Во-вторых, поскольку Еврокоды содержат прямые ссылки на европейские стандарты на материалы, вся нормативно-техническая документация, относящаяся к строительству инфраструктуры железных дорог, будет представлять систему национальных стандартов, регламентирующих строительство железнодорожной инфраструктуры, полностью гармонизированную с европейской системой. Подобный системный подход к стандартизации упростит внедрение данных стандартов.
Кроме того, национальные стандарты, гармонизированные с Еврокодами, а также национальные стандарты, устанавливающие требования к материалам (упомянутые EN стандарты), на которые существуют прямые ссылки в Еврокодах, будут входить в утверждаемые Национальным органом по стандартизации (Ростехрегулирование, бывший Госстандарт) Перечни национальных стандартов и сводов правил, в результате применения которых будет обеспечиваться соблюдение требований следующих технических регламентов:
«О безопасности зданий и сооружений»;
«О безопасности строительных материалов и изделий»;
«О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта общего и необщего назначения»;
«О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта»;
Других технических регламентов, относящихся к соответствующей области.
Ввиду этого существенно упростятся процедуры проведения оценки соответствия построенных объектов инфраструктуры требованиям технических регламентов, в том числе процедуры, проводимые зарубежными экспертами.
На данный момент Союз Строителей Железных Дорог обладает как наиболее полной информацией по европейским стандартам, так и квалифицированными экспертами, готовыми приступить к работам по переводу, гармонизации и внедрению Еврокодов. По прогнозам Союза, полное внедрение Еврокодов возможно осуществить за период от трех до шести лет в зависимости от активности и готовности к положительным переменам участников отрасли, поскольку требуется переобучение действующих и обучение новых проектировщиков.
В настоящее время открытым остается вопрос финансирования, поскольку, в отличие от предприятий большинства развитых зарубежных стран, российские предприниматели не имеют традиции вложения средств в национальную стандартизацию. Помимо этого, затраты не стандартизацию не отнесены на себестоимость продукции, что негативно влияет на активность частного бизнеса в сфере стандартизации. При этом, исходя из опыта зарубежных стран, применение национальных или международных стандартов влечет за собой повышение прибыли предприятий и экономию средств на разработку каждым предприятием собственных стандартов для отдельных уникальных объектов. Ключевым решением данной проблемы является создание правовых основ для развития стандартизации в России. Поскольку в ближайшем будущем планируется внесение изменений в Федеральный закон «О техническом регулировании», Союз намерен добиться учета законных интересы участников строительной отрасли в данной сфере.
На условия развития российской экономики во многом влияет приближающееся вступление страны во Всемирную Торговую Организацию, которое должно было осуществиться в январе 2009 года. Благодаря своевременному решению Президента России Д.А. Медведева срок вступления перенесен, что дает бесценные дополнительные возможности для подготовки российских предприятий к конкуренции с зарубежными. Однако представившегося времени может не хватить, если не приступить к работе уже сейчас, привлекая наиболее опытных российских и европейских экспертов и обеспечивая достаточное финансирование как из средств частного бизнеса, так и из федерального бюджета, поскольку стандартизация, согласно Конституции России, находится в ведении государства.
Секция 2:
«ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»
1. Искандеров Ю.М.,
Горячев И.Е.
Информационная система экспертизы качества проектов комплексной системы пожарной безопасности транспортных комплексов.
В настоящее время актуальной проблемой является разработка и создание современных и эффективных методов и средств, позволяющих обеспечить экспертизу качества проектов комплексной системы пожарной безопасности (КСПБ) сложных транспортных комплексов (СТК), таких как морские и речные порты, аэропорты, железнодорожные и авто- вокзалы, логистико-складские комплексы. Это связано с тем, что проектирование подобной системы является достаточно сложным процессом, затрагивает значительное количество параметров и характеристик различной природы, требует высокого уровня подготовки соответствующих специалистов различного профиля.
Одним из наиболее релевантных средств решения указанной проблемы может стать информационная система (ИС) обеспечения экспертизы качества проектов КСПБ СТК. Такая ИС необходима для принятия обоснованного решения по выбору лучшего проекта КСПБ СТК, выполнение которого гарантировано приводило бы к удовлетворению потребностей (цели, требования и ожидания) всех заинтересованных сторон (участников проекта), и в первую очередь заказчика. Общая структура функционирования подобной ИС может быть представлена следующим образом (рис.1).
Рис.1
Алгоритм технической экспертизы в указанной ИС может быть реализован на основании заранее определенных критериев. Функционирование указанной ИС осуществляется следующим образом. Экспертная комиссия осуществляет автоматизированный ввод данных по проектам, которые были определены как отвечающие условиям технического задания заказчика. По каждому из критериев выставляются бальные оценки от 1 до 5 - aki, где k - порядковый номер заявленного проекта, i – порядковый номер критерия. При этом 5 баллов присваивается проекту, полностью соответствующей требованиям технического задания к участникам, 4 – в целом соответствующей требованиям, 3 – частично соответствующей требованиям, 2 – в основном несоответствующей требованиям, 1 – полностью несоответствующей требованиям.
В итоге каждый проект получает суммарную техническую оценку, выраженную в баллах, по следующей формуле:
N
Tk = pi aki
i=1
где:
N - общее количество критериев,
pi - вес i-го критерия, причем
N
pi = 1
i=1
Далее выполняется итоговое ранжирование проектов и выбор победителя. Проект, получивший максимальную оценку, считается лучшим для реализации требований технического задания по КСПБ СТК. Для максимальной точности оценок экспертизы могут быть использованы дополнительные критерии оценки и сопоставления проектов.
Существенное значение для эффективного функционирования ИС обеспечения экспертизы качества проектов КСПБ играет база знаний (БЗ) системы [1]. От того какие знания, какого уровня полноты, точности и достоверности эти знания зависит правильный выбор лучшего проекта КСПБ СТК. В качестве фрагментов такой БЗ могут быть задействованы знания и существующий опыт по выбору элементов КСПБ СТК.
Таким образом, информационная система обеспечения экспертизы качества проектов КСПБ СТК, реализованная на основе средств инженерии знаний и новых информационных технологий, является современным и эффективным инструментом при принятии решения о выборе наилучшего проекта КСПБ СТК. Использование такой ИС позволяет существенным образом сократить время экспертизы и значительно повысить ее обоснованность.
Литература
1. Искандеров Ю.М. Создание баз знаний интеллектуальных систем. МО РФ, 2003, 233с.
2. Искандеров Ю.М.,
Ершов А.А.
Интеллектуализация проектирования систем автоматизированного управления трубопроводного транспорта
Современный трубопроводный транспорт (ТТ) России имеет тенденцию к постоянному развитию и усложнению технических средств. Это ведет к тому, что в настоящее время чрезвычайно важное внимание уделяется повышению уровня автоматизации его сложных систем, таких как перекачивающие и компрессорные станции, резервуары, распределительные пункты, системы мониторинга и т. д. Особое внимание уделяется проблемам автоматизации управления, и актуальность этой проблемы постоянно возрастает.
На разработку новых технических средств ТТ, в том числе систем автоматизированного управления (АСУ), затрачиваются огромные интеллектуальные и временные ресурсы. В такой ситуации назревает необходимость оптимизации существующих методов разработки АСУ с целью повышения общей эффективности работы инжиниринговых компаний и снижению интеллектуальных и временных, а следовательно – огромных финансовых затрат на разработку систем управления трубопроводного транспорта.
Один из путей решения проблемы эффективной организации процессов разработки АСУ ТТ – это создание интеллектуальной системы, функционирующей на основе ядра базы знаний (БЗ). В этом случае инженер-разработчик, использующий такую систему, сможет эффективно выполнять проектирование той части АСУ, техническое задание которой поддается формализации. Принципы построения АСУ ТТ на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК), по сути, представляют собой отдельную предметную область, вполне поддающуюся формализации. Более того, техническое задание на такую систему управления, как правило, имеет конкретные параметры, что делает возможным разработку реальной БЗ и широкое внедрение и использование интеллектуальной системы проектирования систем автоматизированного управления трубопроводного транспорта (ИСП АСУ ТТ). К тому же, многие разработчики технических средств автоматизации (элементной базы) будут заинтересованы в регулярном обновлении БЗ для того, чтобы именно их продукт использовали инжиниринговые компании при разработке и производстве АСУ.
Известен программный продукт EPLAN Electric P8, который может называться «проинтеллектуальной» САПР, ориентированной на автоматизацию процессов разработки СУ, но задачи, решаемые этим пакетом, сводятся в основном лишь к автоматизации создания различных отчетов проектной документации. Существуют другие программные продукты, решающие те или иные задачи проектирования – автоматическую разработку конструктивной части системы (разводка печатной платы или компоновка электрошкафа), различные процессы моделирования систем (виртуальные модели), но, не существует интеллектуальной системы проектирования, решающую задачу автоматизации разработки принципиальных схем систем управления, несмотря активную деятельность разработчиков. Таким образом, существует актуальная научная задача разработки интеллектуальной системы проектирования систем управления трубопроводного транспорта.
Основой любой ИС является база знаний, в которой концентрируется вся необходимая информация, поэтому эффективное применение ИСП АСУ ТТ без наличия БЗ, релевантной решаемым задачам, способствующей сохранению накопленного опыта, не представляется возможным. В связи с этим, ключевой задачей создания интеллектуальной системы проектирования систем автоматизированного управления трубопроводного транспорта является задача непосредственно разработки релевантной базы знаний.
Исследования процесса создания БЗ показали, что он является сложным, имеющим многокритериальный, итерационный, ветвящийся характер. Для того чтобы построить БЗ необходимо не просто выбрать подходящий способ представления знаний, а решить целый комплекс взаимосвязанных задач: начиная с определения границ формализуемой предметной области и заканчивая эффективной реализацией на основе средств новых информационных технологий [2].
Особое внимание необходимо уделить организации предметных и управляющих знаний, поскольку это основные знания интеллектуальной системы как по значимости, так и по объему, а также именно эти знания оказывают наибольшее влияние на качество и эффективность работы системы.
Кроме того, следует отметить, что способ представления знаний может сам по себе служить источником эффективности интеллектуальных систем, т.е. правильный выбор модели представления знаний для каждой конкретной предметной области позволит сократить или устранить поиск верной стратегии решения. Иначе говоря, в данном случае делается упор на то, что для каждой предметной области должна быть своя эффективная модель представления знаний [2].
Более того, существуют общие основные требования к БЗ, работающим в составе ИС и выполняющим задачи управления большими сложными динамическими системами (БСДС), которые были сформулированы в [2]. Выполнение этих классических требований позволит создать базу знаний, обеспечивающую эффективное решение задач интеллектуальной системы проектирования систем автоматизированного управления трубопроводного транспорта.
Учитывая специфику и цели, можно рассмотреть более подробный вариант структуры интеллектуальной системы проектирования АСУ ТТ (рис.1).
рис.1. Структура интеллектуальной системы проектирования АСУ ТТ
При таком варианте структуры ИСП также содержит в себе двусторонне информационно связанные функциональную оболочку БЗ («решатель») и непосредственно саму БЗ (структура БЗ представлена упрощенно). «Решатель» формирует общий интерфейс всей интеллектуальной системы и должен включать в себя:
1) Визуализатор инженерной графики, предпочтительно ориентированный не просто на любую инженерную графику, а на проектирование АСУ или электротехнического оборудования;
2) Ядро «решателя» – это та часть системы, которая в первую очередь взаимодействует с БЗ, точнее ее частью – базой устройств, на основе чего выдаются команды на «прорисовку» графики визуализатором, с использованием информации из БЗ об алгоритмах и методах визуализации, в большей степени из базы графических элементов;
3) Задатчик формализованного ТЗ, которое составляет инженер-разработчик АСУ (пользователь ИСП). На основе задания формализованного ТЗ, по сути, формируется весь проект.
БЗ ИСП должна включать в себя:
1) Общую информацию о методах проектирования АСУ, всевозможные стандарты, ГОСТы и т.п.;
2) Базу устройств, содержащую в себе классифицированную полную информацию об используемой элементной базе и ее параметрах. Базу необходимо регулярно обновлять (для промышленной аппаратуры достаточно около 1 раза в 3 месяца), возможно даже самими производителями элементов, так как это может существенно повлиять на закупку именно их аппаратуры;
3) Базу графических элементов, содержащую в себе графическое изображение всех используемых элементов или правила их изображения.
Базы графических элементов в таких САПР, как P-cad или EPlan, по сути, являются сложной и структурированной базой данных, которая может включать в себя не только графический образ элементов, но также и многие его другие характеристики, вплоть до методов и области применения. Поэтому построенная БЗ ИСП будет являться не просто системой из согласованных элементов, а единой структурной единицей, и в таком случае база графических элементов будет дополнять базу устройств. Аналогично можно характеризовать «решатель» – распределение на элементы достаточно условно.
Функционирование ИСП СУ ТТ в таком варианте построения структуры БЗ осуществляется следующим образом:
1) Пользователь ИСП задает в формализованном ТЗ ту часть проекта, которая поддается формализации (количество и тип каналов контроля и управления, используемые протоколы, тип электрического питания системы, общие ТУ, предпочтения в элементной базе, ценовой категории и т.п.);
2) Ядро «решателя», руководствуясь формализованным ТЗ и БЗ, управляет визуализатором, в результате чего пользователь получает готовый проект (или ту часть проекта, которая поддавалась формализации) с полным набором схемотехнической и конструкторской документации. При наличии каких-либо «изъянов» в автоматическом проектировании, пользователь имеет возможность подкорректировать готовый проект, используя среду визуализатора, который подобен или является стандартной САПР (возможна самостоятельная разработка визуализатора или интеграция интеллектуальной части ИСП в существующие системы).
Преимуществом такой структуры является то, что данная ИСП представляет собой самостоятельный программный продукт, заменяющий или дополняющий стандартную САПР.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ершов А.А. Анализ проблемы создания базы знаний как ядра интеллектуальной системы для организации процессов мультимодальных перевозок. Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспективы». М.: МИИТ, 2007, с.29-30.
2. Искандеров Ю.М. Создание баз знаний интеллектуальных систем. МО РФ, 2003, 233с.
3. В. И. Дорошенко,
Ю. М. Искандеров
|
