авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Математическое моделирование размещения объектов транспортной системы и оптимизация грузовых потоков

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Алибеков Байрамбек Исаевич

Математическое моделирование размещения объектов транспортной системы и оптимизация грузовых потоков


Специальность:

05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Махачкала 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дагестанский государственный технический университет»

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор Резер Семен Моисеевич.

доктор технических наук, профессор Исмаилов Тагир Абдурашидович.

Официальные оппоненты:

Багинова Вера Владимировна, доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», заведующая кафедрой логистики и управления транспортными системами.

Гагарский Энгельс Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом ОАО «Союзморниипроект».

Назаралиев Магомед-Шафи Ахмедович, доктор физико-математических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный университет», заведующий кафедрой прикладной математики.

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный университет управления»

Защита состоится «28» мая 2013 г. в 14 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.052.02, при ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет» по адресу 367015, Махачкала пр. Имама Шамиля, д. 70, ауд. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». Сведения о защите и автореферат диссертации размещены на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки РФ http://www.vak.ed.gov.ru .

Автореферат разослан «26» апреля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Е.Н. Меркухин

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Проблема внедрения наукоемких и ресурсосберегающих технологий в процесс принятия решений на всех уровнях планирования и управления, повышение согласованности стратегических решений – одна из главных целей дальнейшего реформирования транспорта, направленная на сохранение и увеличение потенциала пропускных способностей транспортной сети при последовательном уменьшении нагрузки транспортных тарифов на макроэкономические показатели экономики страны. Успех решения этой проблемы в значительной степени зависит от того, применены ли методы математического моделирования и программирования, используются ли научно-обоснованные методы решения задач распределения ресурсов в условиях их ограниченности.

Процесс принятия решений представляет собой выбор из множества альтернатив возможных планов реализации, на базе детерминированных, стохастических и смешанных моделей описания объекта исследования. Хотя современные методы имитационного моделирования достаточно привлекательны в виду их наглядности, точности результатов и других преимуществ, построение и использование имитационных моделей достаточно трудоемкая работа в стоимостном и временном выражении. Построение комбинированных моделей, иерархически или иным образом взаимосвязанных, позволяют получить с одной стороны разовые решения, с другой, создает математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для корпоративных информационных систем принятия стратегических решений. При этом, наряду с точными методами для решения дискретных задач, актуализируются приближенные методы их решения, обеспечивающие результат для задач большой размерности. Комбинирование эвристических и экспертных методов, методов стохастического и статистического моделирования в решении комплекса задач производственно-транспортного планирования, организации перевозочного процесса и работы объектов транспортной системы в условиях роста вычислительных ресурсов отраслевых информационных систем является главным вектором развития в данной области.





Анализ исследований в данной области приводит к выводу, что целесообразно разработать методы решения частных задач, возможно, приближенные и пригодные не для любой целевой функции и пространства допустимых решений, а лишь для исследуемых классов задач и моделей, т.е. необходимо максимально использовать при постановке и решении специфику конкретной задачи. К эффективным механизмам постановки и решения задач оптимизации сложных систем относятся методы декомпозиции, позволяющие перейти к адекватным моделям, описывающим отдельные подсистемы, объекты и процессы, и многоуровневому согласованию целевых критериев и ограничений.

Транспортная система страны и ее регионов относится к сложным системам, как по количеству элементов, так и операций, протекающих в системе организации перевозочного процесса. Железнодорожный транспорт в географически протяженной национальной экономике страны ставит вопросы эффективности развития инфраструктуры, оптимального размещения и развития ее элементов.

Отмеченные выше теоретико-практические проблемы определяют актуальность исследования.

В каких масштабах (предприятия, города, района, области, республики, по всей стране и т.д.) не рассматривались бы перечисленные проблемы, успех их решения зависит в значительной степени от того, применены ли методы оптимального программирования, с какой эффективностью используются научно обоснованные методы решения задач распределения ресурсов. Отсюда видно, какое грандиозное значение имеет практически эффективные и по структуре не сложные методы решения задачи размещения и развития производства, задачи создания запасов, и т.д. Этим вопросам посвящено значительное количество литературных источников. Подробно изложены основные методы линейного программирования и доведены они до четких вычислительных алгоритмов, достаточно обстоятельно изложены перспективные и важные для практики направления линейного, целочисленного, блочного, параметрического и стохастического программирования. Разработаны методы решения сетевых задач и взаимосвязь с практическими методами линейного программирования и теории. Исследованы теоретические и вычислительные аспекты нелинейного и динамического программирования. Однако многие экономические задачи не сводятся к линейным схемам, а проблемы нелинейного программирования гораздо шире и разнообразнее, чем проблемы линейного программирования. В настоящее время не существует теории, объединяющей все, относящиеся к нелинейному программированию, а существуют вычислительные алгоритмы, разработанные только для решения специальных классов задач. Схемы этих алгоритмов существенно зависят от особенностей решаемых задач. Как известно, методом динамического программирования такие задачи теоретически решаются с любой точностью. Однако, задачи, содержащие более двух параметров состояния, не разрешимы даже с помощью больших вычислительных машин.

Процесс решения задачи является многошаговым. Каждый шаг состоит из решения и анализа простейших задач: «задача о ранце», транспортная задача или задача линейного программирования. В области дискретного программирования точные методы математически изящны и логически стройны, возможности их при решении задач значительных размеров ограничены. Это постоянно выяснилось по результатам машинного эксперимента и решениям прикладных задач.

Появления нового эффективного метода решения многоэкстремальных задач дискретного программирования способствует создать и решать новые математические модели, описывающие более сложные экономические, и технологические процессы отрасли и в том числе и на транспорте.

Цель диссертационного исследования заключается в разработке комплекса методов и моделей эффективной организации транспортного производства в железнодорожных узлах на основе развития математического, алгоритмического и программного обеспечения, ориентированных на системы принятия решений управления ресурсным обеспечением транспортных систем.

Достижение поставленной цели обеспечивается решением в диссертационной работе следующих задач:

- развитие теоретико-методологических основ моделирования сложных неоднородных систем, включающее прогнозирование, планирование и управление процессами;

- разработка эффективных численных методов решения нелинейных многоэкстремальных моделей дискретного программирования на основе лучевой аппроксимации нелинейных функций и получения приближенных методов, включая разработку проблемно-ориентированных программ для реализации моделей разных классов;

- разработка комплекса моделей нелинейного и динамического программирования ресурсного обеспечения элементов транспортного комплекса, алгоритмов и программ их решения;

- проведение вычислительных экспериментов по оценке адекватности и точности модельного аппарата исследования сложных систем на примере транспортной системы.

Объектом исследования являются структурированные транспортные объекты и их взаимодействия, транспортно-технологические процессы, а также грузовые потоки региональной транспортной системы на примере СКЖД.

Предметом исследования являются теоретические и методологические основы моделирования, алгоритмизации и программной реализации сложных нелинейных систем, вычислительные эксперименты на примере организации управления грузовыми потоками, включающие механизм выработки алгоритмов принятия решений по организации погрузки, пропуска и подвода груза к станции назначения, модели оптимального размещения и функционирования структурированных транспортных объектов, алгоритмы их решения.

Научная новизна работы. Научная новизна исследования заключается в развитии теоретических положений и в разработке математических моделей технико-экономических процессов на транспорте, численных методов и комплексов программ их реализации. К основным результатам, представляющим новизну исследований, можно отнести следующие:

  1. Разработаны многоуровневые иерархические структуры моделей процессов, протекающих в производственно-транспортных системах, позволяющие выполнить прогнозирование работы, включая различных уровней управления и элементов, образующие региональную и сетевую составляющие, а также обеспечивающие согласование решений на разных уровнях функционирования систем.
  2. Для показателей, имеющих сезонный и периодический характер, на основе исследований статистических данных различной природы разработаны математические модели прогнозирования, включающие алгебраические и тригонометрические полиномы и решения дифференциальных уравнений второго порядка. Экспериментально установлено что, предложенная модель позволяет на базе статистических данных определить точечный и интервальный прогноз на длительный период адекватнее, чем известные модели.
  3. Выполнена формализация общего метода структурирования объектов (элементов) сложных систем с выделением целей и задач различных уровней управления и организации, приведена ею реализация для региональной транспортной системы, в частности приводится обобщенный математический метод локализации объекта в системе горизонтальных и вертикальных структурированных связей. Такая организация структуры информации необходима аналитическим моделям, так как позволяет выполнять все реляционные операции над атрибутами информационных кортежей и упрощает процесс передачи необходимой структурированной информации между блоками взаимодействующих моделей.
  4. Разработаны математические модели дискретного программирования, а также алгоритмы и программы их реализации для производственных процессов в транспортных узлах, в иерархической системе моделей подчинением локальных подцелей глобальной цели развития системы.

    В отличие от известных, предложенные модели включают вероятностную нелинейную формализацию размещения и развития сортировочных станций, стохастическую формализацию сетевого планирования с ограничениями на ресурсы, что позволяет обеспечить адекватное исследование в транспортных узлах.

  5. Сформулирована математическая постановка задачи размещения и развития транспортных предприятий (ремонтные, сортировочные, складские и др.) региональной транспортной системы. Предложены эффективные алгоритмы и разработаны программы их реализации. В отличие от известных моделей, в диссертации рассматривается задача размещения с нелинейными транспортными и производственными затратами, что позволяет получить более точные оценки. С её помощью получены оценки приближенной задачи.
  6. Разработаны имитационные модели процесса управления работой транспортного узла, позволяющие определить узкие места в системе организации производственно-транспортных процессов и включающие итерационную последовательность согласования решений по выбору маятниковых, кольцевых маршрутов, распределения транспортных единиц для реализации планов транспортировки. Это позволяет решить типовую задачу маршрутизации, которая принадлежит к числу наиболее трудных математических задач дискретной оптимизации.
  7. Разработана и обоснована методология организации транспортного производства и управления объектами железнодорожных узлов, основанная на комплексном подходе к моделированию и принятию решений на принципах логистикоориентированного и сбалансированного развития и взаимодействия. На этой основе сформулированы нелинейные динамические модели сетевого планирования и разработаны эффективные методы их решения.
  8. Расширен класс моделей организации и планирования грузовой работы на железной дороге моделями, учитывающими планирование перевозок и развитие мощностей участков и перерабатывающих узлов, а также позволяющими решать комбинаторную задачу организации вагонопотоков, размещения и развития сортировочных станции. На этой основе в диссертации разработан метод сводящий задачу организации вагонопотоков к многоэкстремальной задаче размещения, которая решается разработанными в диссертации методами.
  9. Разработаны нелинейные математические модели и численные методы, и алгоритмы их реализации, включая приближенные методы на основе лучевой аппроксимации. Разработанные в диссертации модели и алгоритмы их реализации обобщаются для моделей определенного класса дискретного программирования.

Теоретическая и методологическая основы исследования.

Теоретической основой исследования явились труды отечественных и зарубежных ученых в областях: исследования операций, нелинейного динамического и дискретного программирования, численных методов, теории алгоритмизации и программирования; оценки сложности и точности алгоритмов и программ, а также исследования комплексных транспортных проблем, ориентированных на макроэкономические вопросы взаимодействия подсистем транспортного комплекса; исследования организации и управления предприятиями разных видов транспорта, направленных на оптимальную организацию перевозок, преимущественно на железнодорожном транспорте, а также труды ученных ведомственных и межведомственных научных организаций, направленные на разработку и совершенствования логистикоориентированных технологий перевозочных процессов.

Методологической основой исследования является системный подход, при котором объект исследования рассматривается как сложная система, состоящая из взаимодействующих подсистем и элементов, требующих для описания разные математические методы и средства с учетом их характера и свойств. В исследовании были использованы методы теории вероятностей и математической статистики, методы прогнозирования, корреляционный и регрессионный анализ, теория оптимизации, теория графов, теория принятия решений, дискретная комбинаторная оптимизация, нелинейное и динамическое программирование, имитационное моделирование, а также инструментарий для структурного анализа, алгоритмизации и моделирования сложных систем управления.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Методология построения многоуровневых иерархических структур моделей, позволяющие адекватно описать сложные неоднородные системы и процессы для прогнозирования и управления их развитием для транспортных систем.
  2. Реализация нелинейных динамических моделей размещения и развития структурированных объектов сложных систем на основе согласования решений на горизонтальном и вертикальном уровнях взаимодействия для региональной транспортной системы.
  3. Методы построения приближенных решений нелинейных многоэкстремальных задач на основе лучевой аппроксимации, позволяющие решать оптимизационные задачи сетевого уровня.
  4. Комплекс программ получения приближенных решений для моделей размещения и развития объектов и оптимального управления потоковыми процессами на пространственно-рассредоточенных системах и их реализация для транспортных систем.
  5. Методы оценки точности приближенных оптимальных планов, полученных численными методами и алгоритмами, и лучевой аппроксимации нелинейных задач.
  6. Методы и результаты верификации моделей сложных иерархически взаимосвязанных объектов и процессов и алгоритмов их реализации.

Теоретическая значимость диссертационной работы заключается в том, что, разработанные в диссертации математические модели, приближенные алгоритмы решения многоэкстремальных нелинейных задач дискретного программирования на основе лучевой аппроксимации, оценки точности и программное обеспечение могут быть использованы для адекватного описания и моделирования сложных сетевых пространственно-распределенных систем, к которым относятся транспортные и другие отраслевые системы.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в возможности использования моделей и методов в организации и управлении объектами транспортных систем, узлов, оптимизации технологии организации перевозочного процесса. Реализация работы состоит в использовании алгоритмов и программ для прогнозирования грузопотока, прогнозирования транспортного потока, анализа размещения и развития депо по ремонту подвижного состава, размещения и развития сортировочных станций региона, размещения станций погрузки, сортировки и выгрузки с ограниченными мощностями, размещения и развития производства в регионе. В течение ряда лет автором выполнены научно-исследовательские работы для транспортных предприятий и проведены вычислительные эксперименты.

Приведенные в работе методы и модели были применены для:

а) составления расписания обработки танкеров при разработке АСУ Новороссийского нефтеналивного порта;



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.