Повышение эффективности принятия решений в системе оперативного управления флотом судоходной компании на основе функционального моделирования и адаптивной идентификации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, кандидат технических наук Карабутов, Павел Николаевич

  • Карабутов, Павел Николаевич
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2011, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.22.19
  • Количество страниц 169
Карабутов, Павел Николаевич. Повышение эффективности принятия решений в системе оперативного управления флотом судоходной компании на основе функционального моделирования и адаптивной идентификации: дис. кандидат технических наук: 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение. Москва. 2011. 169 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карабутов, Павел Николаевич

Введение.

Глава 1. Анализ методов и информационных технологий, применяемых в системах оперативного управления флотом судоходной компании.

1.1. Корпоративные информационные системы на водном транспорте.

1.2. Методы идентификации процессов управления флотом в судоходных компаниях.

1.3. Методы анализа, оптимизации и принятия решений, применяемые в системах управления водным транспортом.

1.4. Постановка задач исследования.

Выводы.

Глава 2. Построение и анализ информационного обеспечения в системах оперативного управления флотом на основе функционального моделирования процессов.

2.1. Функциональное моделирование процессов в системах оперативного управления судоходными компаниями.

2.1.1. IDEF0 модели.в функциональном моделировании.

2.1.2. IDEF3-модели в функциональном моделировании.

2.2. Информационная модель движения судна.

2.3. Разработка логической модели информационного обеспечения процесса управления флотом.

2.4. Методы извлечения информации из баз данных и их анализ.

2.4.1. Основные понятия и определения.

2.4.2. Процедура извлечения данных с помощью OLAP-технологии.

Выводы.

Глава 3. Разработка методов идентификации процессов и обработки данных в системе оперативного управления флотом.

3.1. Алгоритмы обработки результатов извлечения данных с помощью OLAP-технологий.

3.1.1. Алгоритм обнаружения аномальных измерений.

3.1.2. Обнаружение пропущенных значений.

3.2. Методы идентификации процессов в подсистеме оптимизации эксплуатационных показателей управления флотом.

3.2.1. Постановка задач.

3.2.2. Синтез адаптивных алгоритмов.

3.2.3. Алгоритм оценивания вектора К.

3.2.4. О выборе матрицы Oit) в алгоритме (3.19).

3.2.5. Моделирование адаптивных алгоритмов.

3.3. Математические модели по каналу скорость движения — расход топлива".

3.3.1. Синтез статических моделей.

3.3.2. Построение динамических моделей.

3.4. Идентификация параметров функции распределения стояночного времени судна.

Выводы.

Глава 4. Оптимизация и принятие решений в системе оперативного управления флотом судоходной компании на основе применения математических моделей.

4.1. Подходы и методы оптимизации, применяемые в системах оперативного управления работой флота судоходной компании.

4.2. Алгоритм оптимизации расхода топлива при движении судна по закреплённым линиям с учетом рисков.

4.3. Разработка алгоритма оптимизации движения флота судоходной компании по транспортной сети.

Выводы.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», 05.22.19 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности принятия решений в системе оперативного управления флотом судоходной компании на основе функционального моделирования и адаптивной идентификации»

В современных условиях важное значение приобретает проблема повышения эффективности управления флотом судоходных компаний. Это связано, прежде всего, с увеличением грузооборота, изменением экономических условий их функционирования. Поэтому основное внимание должно уделяться уменьшению эксплуатационных расходов флота и совершенствованию системы оперативного управления. Одно из ключевых направлений совершенствования оперативного управления флотом связано с получением достоверной информации о состоянии флота и дальнейшим ее анализом и принятием решений: До настоящего времени в системах оперативного управления- методы анализа информации и принятия решений, в основном, применялись для решения задач контроля, нормирования учета и анализа финансового состояния судоходных компаний. В системах оперативного управления флотом практически не использовались методы идентификации процессов, что сказывалось на эффективности реализуемых решений* и не позволяло вырабатывать управляющие воздействие, учитывающие текущее состояние компании, а также определять динамичное развитие судоходной компании'на перспективу

Применение средств вычислительной техники и передачи.данных позволило существенно повысить качество управления работой судоходных компаний за счет получения оперативной информации о состоянии флота и последующего ее анализа. Подходы к анализу базируются на применении математических моделей и методах оптимизации. Большой вклад в разработку экономико-математических методов, алгоритмов оперативного управления и оптимизации движения судов внесли Б.А. Атлас, A.C. Бутов, К.А. Гаринов, В.П. Зачесов, А.П. Ирхин, Ю.М Кулибанов, В.Д. Левый; А.Г. Малышкин, С.В Перевезенцев, Ю И. Платов, А.Ю. Платов, С.М. Пьяных, JI.M. Рыжов, В.И. Савин, В.В. Сахаров, A.A. Союзов, В.И. Толшин, В.М. Федюшин, В.Г Фомин, Ю.Н Уртминцев, Д.Н. Шустов и другие. Совершенствование оперативного управления особенно актуально в распределенных системах управления, которые являются доминирующими на речном транспорте. В первую очередь это связано с разработкой эффективных алгоритмов извлечения информации из удаленных баз данных, методов идентификации процессов и их применением для оптимизации и обоснованного принятия решений в условиях неопределенности. Несмотря на внедрение информационных технологий на речном транспорте оперативному управлению и в первую очередь оперативному анализу, планированию, прогнозированию и принятию решений в системах управления флотом судоходной компании (СК) на основе математических моделей уделялось- недостаточно внимания.

Целью работы является повышение эффективности оперативного управления флотом судоходной компании на основе совершенствования методов анализа данных, разработки и применения- адаптивных математических моделей в условиях рисков.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработатылогическую модель информационного обеспечения с целью ее реализации в корпоративной информационной системе судоходной компании.

2. Разработать процедуру ОЬАР-анализа данных в. системе оперативного управления флотом судоходной компании.

3. Синтезировать алгоритмы обнаружения пропущенных'значений в.результатах измерений на1 основе их прогнозирования с помощью двух статических моделей, описывающих изменение эксплуатационных показателей.

4. Разработать методику адаптивной идентификации процессов в подсистеме оптимизации эксплуатационных показателей управления флотом по каналу "скорость движения - расход топлива".

5. Разработать процедуру применения* информационных технологий для решения задач оптимизации эксплуатационных показателей флота с учетом рисков на основе использования результатов ОЬАР-анализа данных, извлекаемых из баз данных, и применения адаптивных моделей. Синтезировать алгоритм решения задачи расстановки флота на основе минимаксного критерия с применением адаптивной модели.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы теории математической статистики, идентификации, принятия решений, линейного и нелинейного программирования, матричного и системного анализа, экономико-математические методы, имитационное моделирование.

На защиту выносятся следующие основные положения, разработанные в диссертации и составляющие научную новизну исследования:

1. Информационная модель процесса оперативного управления флотом на основе применения методологий ГОЕРО, ГОЕБЗ; логическая модель информационного обеспечения-процесса оперативного управления движением-судна с целью реализации ее в корпоративной информационной системе судоходной компании.

2. Процедура обнаружения пропущенных значений в результатах измерений, извлекаемых из корпоративной,базы данных, основанная на прогнозировании пропущенного значения с помощью двух статических моделей; описывающих изменение временного ряда, и алгоритм принятия-решения, основанный на процедуре нечеткого вывода.

3. Методика адаптивной идентификации процессов-в подсистеме оптимизации эксплуатационных показателей управления флотом по каналу "скорость движения - расход топлива".

4. Метод идентификации эмпирического распределения вероятностей стояночного времени судна на-классе экспоненциальных распределений, который базируется на определении характеристических показателей Ляпунова для динамической системы.

5. Процедуры поиска оптимальных параметров и принятия решений'в распределенных системах оперативного управления флотом СК: алгоритм оптимизации, основанный на применении математических моделей расхода топлива в зависимости от скорости движения судна и имитационного моделирования стояночного времени и рисков, возникающих в процессе движения судна по закрепленным линиям; алгоритм минимизации эксплуатационные расходов, основанный на применении адаптивной математической модели, позволяющей прогнозировать расход топлива судами флота, движущимися по транспортной сеты.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным применением теоретических методов, адекватностью полученных алгоритмов идентификации и оптимизации, согласованностью результатов расчета с экспериментальными данными.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и заключения, списка литературы и приложений.

Похожие диссертационные работы по специальности «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», 05.22.19 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», Карабутов, Павел Николаевич

Выводы

1. Проведен анализ подходом и методов оптимизации эксплуатационных показателей, применяемых в системах оперативного управления работы флота судоходной компании.

2. Разработана процедура применения1 информационных технологий для решения задач оптимизации эксплуатационных показателей флота с учетом рисков, основанная на использовании результатов OLAP -анализа данных, извлекаемых из баз данных, и применении адаптивных моделей и принятии решения в' Microsoft Excel.

3. Дана постановка задачи минимизации расхода топлива с учетом рисков при движении судна по закреплённым линиям и случайном распределении стояночного времени. Разработан алгоритм решения задачи, основанный на применении математических моделей расхода топлива в зависимости от скорости движения судна и имитационного моделирования стояночного времени и рисков, возникающих в процессе движения судна по закрепленным линиям. Разработаны сценарии движения судов при различных уровнях рисков по закрепленным линиям и определены наиболее неблагоприятные уровни рисков.

4. Дана постановка задачи движения флота по линиям транспортной сети на основе поиска оптимума минимаксного критерия. Разработан алгоритм решения задачи для частного случая критерия — минимизации эксплуатационные расходов — с использованием адаптивной математической модели, позволяющей прогнозировать расход топлива судами флота. Эффективность полученного решения подтверждена результатами моделирования на реальных данных. Получены квазиоптимальные варианты изменения предельных допустимых вариаций оптимальных значений скоростей движения судов и соответствующие им суммарные значения расхода топлива флота на линиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена актуальная задача повышения эффективности оперативного управления флотом судоходной компании на основе совершенствования методов анализа данных, разработки и применения адаптивных математических моделей в условиях рисков. В процессе проведенных исследований получены следующие результаты.

1. Проведен анализ корпоративных информационных систем, применяемых в системах управления-на водном транспорте. Проанализированы подходы к синтезу алгоритмов идентификации процессов, протекающих в системах оперативного управления флотом судоходной компании. Показано, что основное внимание уделялось описанию процессов в судовых энергетических системах, или технологических процессов и явлений, связанных с движением судов. Отмечено, что в силу изменяющихся экономических условий, а также действия неконтролируемых возмущений при управлении флотом могут возникать экономические или технические риски, влияние которых на эксплуатационные расходы судоходных компаний не исследовалось.

2. Разработана.информационная'модель процесса управления работой флота на основе применения функционального моделирования и методологии. IDEF0. Выполнена декомпозиция контекстной'модели IDEF0 процесса'движения судна по закрепленной линии. На основе результатов IDEFO-моделирования разработана операционная модель обработки данных в системы оперативного управления в нотации IDEF3. На основе ЮЕРЗ-диаграммы разработана имитационная модель процесса управления работой судна, предназначенная для реализации в программной среде Arena. Синтезирована логическая модель информационного обеспечения процесса оперативного управления работой судна с целью реализации ее в корпоративной информационной системе судоходной компании.

3. Изложены основные положения и принципы применения аналитического анализа данных (OLAP-анализа) в распределенных системах управления речным транспортом. Предложена процедура извлечения информации из корпоративных баз данных с помощью OLAP-технологии для последующего оперативного анализа ее в Microsoft Excel.

4. Предложен адаптивный алгоритм обнаружения аномальных измерений, основанный на анализе изменения текущего среднего переменной, информация о которой извлекается из корпоративной базы данных судоходной компании с помощью ОЬАР-технологий.

5. Разработана процедура обнаружения пропущенных значений в результатах измерений эксплуатационных показателей, основанная на прогнозировании пропущенного значения с помощью двух статических моделей, описывающих изменение временного ряда. Для проверки правильности полученного прогноза пропущенного значения предложен алгоритм принятия решения, основанный на процедуре нечеткого вывода.

6. Разработана методика адаптивной идентификации процессов в подсистеме оптимизации,эксплуатационных показателей управления работой флота по каналу "скорость движения - расход топлива". На первом этапе определяется структура модели и на основе ретроспективной* информации, извлеченной из базы данных, синтезируются статические и динамические модели. На втором этапе с помощью разработанных адаптивных алгоритмов параметрического оценивания осуществляется подстройка параметров моделей, работающих в контуре оперативного управления судоходной компанией. Моделирование предложенной методики подтвердило ее эффективность.

5. Разработан-метод идентификации эмпирического распределения вероятностей стояночного времени судна на классе экспоненциальных распределений; который базируется на определении характеристических показателей Ляпунова для динамической системы. С помощью предложенного, метода- получены, модели функций распределения стояночного времени^для теплоходов, движущихся по закрепленным линиям.

6. Разработана процедура применения информационных технологий для решения задач оптимизации эксплуатационных показателей работы судна с учетом рисков, основанная на использовании результатов ОЬАР-анализа данных, извлекаемых из баз данных, и применении адаптивных моделей и принятии решения.

7. Дана постановка задачи минимизации расхода топлива с учетом рисков при движении судна по закреплённым линиям и случайном распределении стояночного времени. Предложен алгоритм решения задачи, основанный на применении математических моделей расхода топлива в зависимости от скорости движения судна и имитационного моделирования стояночного времени и рисков, возникающих в процессе движения судна по закрепленным линиям. Разработаны сценарии работы судна при различных уровнях рисков при движении его по закрепленным линиям и определены наиболее неблагоприятные уровни рисков.

8. Дана постановка задачи управления работой флота при движении судов по линиям транспортной сети на основе поиска оптимума минимаксного критерия. Разработан алгоритм решения задачи для частного случая критерия — минимизации эксплуатационные расходов — с использованием адаптивной математической модели, позволяющей прогнозировать расход топлива судами флота. Эффективность полученного решения подтверждена результатами моделирования на реальных данных. Получены квазиоптимальные варианты изменения предельных допустимых вариаций оптимальных значений скоростей движения судов и соответствующие им суммарные значения расхода топлива флота на линиях.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.