книги из ГПНТБ / Ахметов, Л. А. Вопросы оптимизации автомобильных перевозок

149

Г Л А В А V

БОЛЬШИЕ СИСТЕМЫ НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Понятие большой системы. Научно-технический про­ гресс последних лет присел к коренным качественным из­ менениям почти во всех областях человеческой деятель­ ности. В народном хозяйстве появились большие систе­ мы, характеризующиеся ярко выраженными явлениями целостности, проявляющие себя как единый сложный комплексный организм, работа взаимодействующих со­ ставных частей которого подчинена решению общей за­ дачи.

В настоящее время нет еще четко выраженного опре­ деления большой системы, однако можно выделить ряд ее характерных признаков, к основным из которых отно­ сятся [10, 11]:

1) общность цели и назначения составляющих, а так­ же их тесное взаимодействие в процессе функционирова­ ния; наличие единого показателя, характеризующего стс пень соответствия системы ее целевому назначению; на­ личие конкурирующих факторов;

2)наличие энергетического и информационного пото­ ков; осуществление управления энергетическим потоком

спомощью специальной системы управления; высокая степень автоматизации управления1;

3)случайный характер нагрузок и возмущений; спо­ собность системы к самоорганизации;

1 В зависимости от назначения системы в качестве энергетичес­ кого потока могут выступать различные материальные объекты, на­ пример для автомобильного комбината, территориального автотранс­ портного управления, — перевозимые грузы и т. п., для металлурги­ ческого комбината — выплавляемая сталь и т. д. Плотность энерге­ тического потока в единицу времени определяет производительность системы.

153

4)большое количество элементов взаимодействую­ щих частей и многообразие связей между ними и осу­ ществление взаимодействия; наличие составных частей, имеющих свое назначение, цель функционирования и по­ казатели качества; иерархичность структуры;

5)наличие эргатических подсистем, в которых осу­ ществляется взаимодействие человека с техникой.

К числу больших систем могут быть отнесены круп­ ные автомобильные комбинаты, территориальные авто­ транспортные управления, территориальная сеть авто­ мобильных дорог, морские и воздушные порты, метал­

лургические комбинаты, системы энергоснабжения, сеть железнодорожного транспорта, территориальные систе­ мы связи и т. д. Кроме того, существует большое коли­ чество биологических, социологических и других систем, которые также можно отнести к разряду больших сис­ тем.

Совершенно очевидно, что сложность больших систем, важность и ответственность поставленных перед ними задач требует для создания этих систем больших мате­ риальных затрат.

Проиллюстрируем основные характерные признаки, присущие большой системе, на примере территориально­ го автотранспортного управления.

Общее целевое назначение управления — обеспечение перевозки людей и грузов на обслуживаемой территории с определенными объемными показателями. Достижению этой общей цели функционирования подчинена работа всех составных частей территориального автотранспорт­ ного управления: автокомбинатов и производственных автотранспортных предприятий и объединений, диспет­ черских служб на различных уровнях, подвижного сос­ тава, ремонтных органов и т. д. Целенаправленность этой большой системы позволяет обосновать единый обобщен­ ный показатель, характеризующий степень соответствия управления своему назначению — перевозке определен­ ного количества людей и грузов в течение заданного промежутка времени при установленных транспортных издержках. В данном случае конкурирующими фак­ торами являются — перевозка определенного количества людей и грузов и необходимые транспортные издержки на ее выполнение. Указанные факторы определяют пос­ тановку и решение двух задач: выполнение максималь­

154

ного объема перевозки людей и грузов при заданных транспортных издержках или обеспечение перевозки за­ данного объема пассажиров и грузов при минимальных транспортных издержках.

В рассматриваемой системе циркулирует два вида потоков: энергетический (поток пассажиров и грузов) и информационный (поток сведений, справок, заявок, ко­ манд, распоряжений и т. д.) со сложным взаимодейст­ вием между ними. Назначением информационного пото­ ка является оптимальное управление энергетическим потоком с целью наилучшего удовлетворения всех заявок на перевозку пассажиров и грузов, что осуществляется с помощью специальной системы управления. Степень ав­ томатизации этой системы управления непрерывно воз­ растает за счет широкого использования электронно-вы­ числительной техники с тенденцией в недалеком будущем полной автоматизации всех наиболее трудоемких опера­ ций по управлению энергетическим потоком (учет и об­ работка заявок, формирование рейсов и т. д.).

В процессе функционирования рассматриваемая большая система находится под воздействием случайных нагрузок и возмущений, к числу которых относятся: слу­ чайный поток пассажиров и грузов, ограниченная надеж­ ность составляющих частей — подвижного состава, эк­ сплуатируемого оборудования, рабочих и силовых ма­ шин и др.

В качестве элементов самоорганизации территори­ альных автотранспортных управлений можно отметить изменение мощностей крупных грузообразующих и пас­ сажирообразующих и поглощающих пунктов, изменение пассажиро- и грузопотоков, обусловленных временами года и климатическими условиями, изменение количест­ ва используемого подвижного состава и т. д.

Наличие четвертого и пятого из перечисленных выше характерных признаков большой системы в рассматри­ ваемом примере (большое количество элементов взаимо­ действующих частей и многообразие связей между ними, взаимодействие человека с техникой и др.) очевидно и не требует пояснений.

Аналогичным образом можно было бы рассмотреть и другие системы, относящиеся к разряду больших (тер­ риториальная сеть автомобильных дорог, система энер­ госнабжения и т. д.), и убедиться в наличии у них всех

155

перечисленных выше признаков, присущих большим сис­ темам.

Классификация больших систем и их составляющие.

Большие системы по назначению могут быть разделены па следующие основные классы:

—системы народнохозяйственного назначения, к ко­ торым относятся комбинаты, тресты, сельскохозяйствен­ ные объединения;

—энергетические системы (например, системы элек­ троснабжения, газоснабжения, нефтеснабжения и др.);

—транспортные системы, такие, как крупный желез­ нодорожный узел, аэропорт, морской порт;

—обслуживающие и вспомогательные системы, к ко­ торым можно отнести системы связи, продовольственного снабжения, бытового обслуживания, торговые объедине­ ния и т. д.

Большие системы обычно состоят из огромного коли­ чества элементов, объединенных логически и конструк­ тивно в устройстве, па базе которых строятся средства. Средства входят в состав подсистем, взаимодействие которых в процессе работы обеспечивает решение постав­ ленной перед большой системой общей задачи. В связи

свведением понятий «элемент», «устройство», «средст­ во» н «подсистема», которые в дальнейшем будут часто использоваться, дадим им определение.

Подсистемой называется технически обоснованная совокупность совместно действующих средств, предназ­ наченных для выполнения определенной практической задачи. Подсистемами, например, в автотранспортных комбинатах являются: парк автомобилей, прицепов и по­ луприцепов, ремонтная служба, диспетчерская служба

н др.

Устройством называется совокупность элементов, объ­ единенных в общую законченную техническую конструк­ цию, имеющую самостоятельное эксплуатационное наз­ начение. Например, в автомобиле устройствами являются двигатель, задний и передний мост и др., на диспетчер­ ском пункте — вычислительная машина, устройство ото­ бражения информации и т. д.

Элементом называется часть устройства, не имеющая самостоятельного эксплуатационного назначения и вы­ полняющая в нем определенные функции. Для практи­ ческого использования любого элемента необходимо со­

156

единить его с другими элементами в определенную сис­ тему. Примерами элементов могут служить блок цилин­ дров двигателя, арифметическое устройство в ЭВМ и т. д.

Средством называется совокупность взаимодейству­ ющих функционально законченных устройств, обеспе­ чивающих решение самостоятельной задачи при работе в составе подсистемы, большой системы. К средствам мо­ гут быть отнесены, например, подвижной состав, силовые и рабочие машины и оборудование, электронно-вычисли­ тельные машины и т. д.

Эффективность функционирования большой системы.

Эффективность, в широком смысле слова, является ха­ рактеристикой степени целесообразности применения дан­ ной системы и включает такие понятия, как ее техничес­ кие возможности, надежность, стоимость разработки, изготовления и ввода в действие, а также удобство и экономичность эксплуатации. Однако во многих практи­ ческих задачах наибольший интерес представляют пока­ затели, характеризующие эффективность собственно функционирования системы (качество функционирования, определяющее работоспособность системы). В дальней­ шем и будут рассмотрены именно эти характеристики.

Эффективность функционирования большой системы (понимаемая в указанном выше смысле) определяется техническими характеристиками, обусловливающими воз­ можности системы к применению по назначению в среде случайных факторов, воздействующих на нее в процессе функционирования (помехи, ненадежность элементов, не­ достаточная подготовка обслуживающего персонала и др.). Воздействие возмущающих факторов сказывается на ухудшении технических характеристик (техничес­ ких возможностей) большой системы, что приводит к снижению уровня эффективности (потере эффективнос­ ти). Для дальнейшего рассмотрения особенностей и ха­ рактеристик системы введем понятия идеальной и ре­ альной эффективности функционирования.

Идеальная эффективность функционирования опреде­ ляется только техническими возможностями, заложен­ ными в систему при ее создании, без учета воздействия на нее различных агрессивных факторов. Эта эффективность характеризует номинальные возможности большой систе­ мы при выполнении возложенных на нее функций и ис­ пользуется при количественной оценке влияния случай­

157

ных возмущающих воздействий на процесс функциони­ рования.

Реальная эффективность функционирования характе­ ризует качество функционирования большой системы в реальных условиях эксплуатации при воздействии на нее различных случайных факторов. Естественно, что коли­ чественные показатели, характеризующие реальную эф­ фективность, всегда будут ниже показателей идеальной эффективности.

Для количественной оценки снижения эффективности функционирования системы можно воспользоваться та­ ким обобщенным показателем, как функция потерь ДФ

[12, 13]:

ДФ= Ф0- Ф р,

где Ф0, ф р — идеальная и реальная эффективность функционирования соответственно.

Следовательно, качество функционирования любой большой системы может быть определено как некоторая функция (функционал) идеальной Ф0 и реальной Фр эффективности функционирования, т. е.

Дф — ср(ф0) Фр).

Этот показатель представляет собой случайную вели­ чину или случайную функцию. Для определения усред­ ненных характеристик в рассмотрение вводятся средние потери:

ДФ =М [?(Ф 0, Фр)],

где Л1[ср(Ф0, Фр)]— оператор математического ожидания. В ряде случаев для количественной оценки качества функционирования больших систем используют показа­ тель относительной эффективности функционирования R:

который может широко применяться в приложениях для анализа надежности, помехозащищенности и других ка­ честв системы.

Надежность функционирования большой системы.

Среди многих факторов, влияющих на эффективность функционирования больших систем, одним из сущест­ венных является ограниченная надежность составляю­ щих элементов, устройств, средств и подсистем.

158