Размещено на http://www.allbest.ru

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: страницы 103, рисунка 34, таблиц 20, источника 23, приложений 1.

РОССИЙСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА, СОРТИРОВОЧНАЯ СТАНЦИЯ, ЛОКОМОТИВ, ПОЕЗД, ДИСПЕТЧЕР, ОТЧЕТЫ, ЗАПРОСЫ, DFD-ДИАГРАММА, КЛИЕНТ-СЕРВЕРНАЯ АРХИТЕКТУРА, БАЗА ДАННЫХ, АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА.

Цель проекта - создание автоматизированной системы «Оптимизация оборота локомотивов через сортировочную станцию», позволяющей вести учет прибытия локомотивов на станцию и оптимизировать привязку локомотива к поезду. сортировочный автоматизированный локомотив поезд

На основании анализа предметной области выявлены сущности и отношения между ними. Произведен выбор и обоснование средства проектирования и разработки. Проведен обзор аналогов системы. Разработана функциональная модель по методологии DFD. Спроектирована ER-модель хранимых данных. Проведены выбор и обоснование комплекса технических и программных средств. Разработана автоматизированная информационная система «Оптимизация оборота локомотивов через сортировочную станцию», позволяющая автоматизировать процесс регистрации прибытия локомотивов на станцию и оптимизировать процесс привязки локомотива к поезду.

Рассчитан экономический эффект от внедрения данной системы. Интегральный эффект за 3 года составит +322608 руб.



• Определения, обозначения и сокращения

АС - автоматизированная система;

БД - база данных;

БЖД - безопасность жизнедеятельности;

РЖД - Российские железные дороги;

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство;

ООП - объектно-ориентированное проектирование;

ПО - программное обеспечение;

ПрО - предметная область;

РМД - реляционная модель данных;

СУБД - система управления базой данных;

ТБ - точка безубыточности;

ЭВМ - электронно-вычислительная машина;

SQL - Structure Query Language.



ВВЕДЕНИЕ

Каждый год растет объём регулярных грузоперевозок и требования к качеству доставки грузов по назначению. В связи с большим объемом задач возникающих при грузоперевозках возникает сложность принятия своевременных решений, сопроводительной документации для отчета в государственные контролирующие органы.

Для успешного функционирования современной железной дороги, требуется наличие развитой информационной системы, реализующей автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными.

Цель проектирования - создание автоматизированной системы, позволяющей вести учет прибытия локомотивов и поездов на сортировочную станцию и реализующей оптимизацию процесса привязки локомотива к поезду используя базу данных АСУ СТ.

В соответствии с целью проектирования выбран объект автоматизации - оборот локомотивов через сортировочную станцию.

Для реализации автоматизированной системы поставлены следующие задачи:

- рассмотреть аналоги системы, выявить их недостатки;

- провести технико-экономическое обоснование разработки, обосновать экономическая целесообразность создания системы;

- произвести оценку безопасности на этапе разработки системы;

- спроектировать и разработать автоматизированную систему, решающую проблему оборота локомотивов через сортировочную станцию.

В результате проектирования создана автоматизированная система «Оптимизация оборота локомотивов» реализующая следующие функции:

- аутентификация пользователя;

- ведение базы данных информации о локомотивах;

- прогнозирование времени прихода и готовности локомотивов на сортировочную станцию;

- оптимизация привязки локомотива к поезду;

- вывод на экран автоматически сформированных документов;

- сохранение сформированных файлов в базу данных;

- организация информационной поддержки системы (выдача справочной информации о системе).



1. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание и анализ предметной области

Проектирование любой программной системы начинается с описания и анализа предметной области.

Предметная область - это целенаправленная первичная трансформация картины внешнего мира в некоторую умозрительную картину, определенная часть которой фиксируется в информационной системе в качестве алгоритмической модели фрагмента действительности .

Понятие предметной области было введено в начале 80-х годов прошлого века, когда учеными в области информационных систем была осознана необходимость использовать семантические модели для представления информации в компьютерных системах.

В теории проектирования информационных систем предметную область рассматривают в виде трех представлений [2]:

- представление предметной области в том виде, как она реально существует,

- как ее воспринимает человек (имеется в виду проектировщик базы данных),

- как она может быть описана с помощью символов.

Так же как требования к компьютерной системе формируются средствами естественного языка, так и информация в компьютерных системах представляется средствами особого языка с определенной семантикой. На основании анализа предметной области формируются общие требования к функциям системы, и ведётся описание информационной среды, в которой объекты будут выполнять эти функции.

1.1.1 Основные определения

Железная дорога - обозначает оборудованную рельсами полосу земли либо поверхности искусственного сооружения (тоннель, мост, эстакада), которая используется для движения рельсовых транспортных средств. Железная дорога может состоять из одного пути или нескольких. Железные дороги бывают с электрической, дизельной, турбинной, паровой или комбинированной тягой. Обычно железные дороги оборудуются системой сигнализации, а железные дороги на электрической тяге -- также контактной сетью. Различают железные дороги общего пользования, промышленные железные дороги (подъездные пути предприятий и организаций) и городские железные дороги -- метрополитен и трамвай. Термин железная дорога также используется для обозначения транспортной железнодорожной системы по перевозке пассажиров и грузов вообще.

Локомотив - транспортное средство, предназначенное для использования на железной дороге. Локомотив используется для перемещения несамоходных вагонов.

Поезд - в современном понятии это сформированный и сцепленный состав, состоящий из нескольких вагонов, с одним или несколькими действующими локомотивами или моторными вагонами, приводящими его в движение, и имеющий установленные сигналы (звуковые и видимые), которые обозначают его голову и хвост. Помимо этого, на многих дорогах (в том числе и российских) каждый поезд получает определённый номер, позволяющий отличать его от остальных поездов. К поездам также относят локомотивы без вагонов, моторные вагоны и специальный самоходный подвижной состав (например, автомотрисы и дрезины несъёмного типа), отправляемые на перегон и имеющие установленные сигналы.

Поездной диспетчер - ответственный работник хозяйства перевозок железнодорожного транспорта, который единолично руководит движением поездов на своём участке (диспетчерском круге) и несёт за это полную ответственность. Его приказы по движению поездов подлежат беспрекословному выполнению работниками, связанными с движением поездов: дежурными по станциям, машинистами локомотивов, главными кондукторам сборных поездов и т. д.

Сортировочная станция - техническая железнодорожная станция, предназначенная для расформирования и формирования различных категорий поездов в соответствии с планом формирования из отдельных вагонов, выполнения операций по пропуску транзитных поездов без переработки, технического обслуживания и коммерческого осмотра составов поездов и устранения выявленных неисправностей вагонов, смены локомотивов и локомотивных бригад.

Маршрут - направление движения объекта, относительно определённых географических ориентиров и координат, с указанием основных пунктов. Содержит начальный пункт старта и конечный. Обычно заранее намечается перед началом перемещения. Трасса маршрута является уже линией, по которой пройдёт намеченное передвижение, установленный путь следования.

Перегон - часть железнодорожной линии, между смежными раздельными пунктами. Раздельными пунктами могут являться: станции, разъезды, обгонные пункты.

Железнодорожное депо - депо, в котором производится техническое обслуживание или ремонт железнодорожного подвижного состава. Железнодорожные депо разделяются по виду обслуживаемого подвижного состава: локомотивное депо, мотор-вагонное депо, электродепо, вагонное депо. Также существуют депо смешанного типа, которое одновременно обслуживает разные виды подвижного состава, например, электровозы и электропоезда.

График движения поездов является организующей и технологической основой работы всех подразделений железных дорог, планом всей эксплуатационной работы. Движение поездов строго по графику обеспечивается правильной организацией работы и точным выполнением технологического процесса работы станций, депо, тяговых подстанций, пунктов технического обслуживания и других подразделений, связанных с движением поездов. График движения поездов -- это отображение процесса движения поезда в декартовой системе координат, где ось X -- это ось времени, а ось Y -- ось расстояния. Движение поезда между раздельными пунктами выражается функцией вида Y=kX+b, поезд принят за материальную точку.

Рисунок 1.1 -- График движения поездов

Тяговое плечо - участки между станциями с основным (коренным) и оборотным депо, на которые разделена железная дорога сеть для обслуживания поездов локомотивами.

Железнодорожная станция - объект железнодорожного транспорта, имеющий путевое развитие, позволяющее производить операции по приёму, отправке, скрещению и обгону поездов, операции по приему, выдаче грузов, багажа и грузобагажа и обслуживанию пассажиров, а при развитых путевых устройствах - маневровую работу по формированию и расформированию поездов и технические операции с поездами.

Время подхода по перегону - время, затраченное локомотивов на прохождение перегона. Время прохождения локомотива, а чётную сторону не всегда равно времени прохождения локомотива в нечетную. Оно отличается в зависимости от наклона местности.

АСУ СТ - автоматизированная система управления работой станций. АСУ СТ объединяет работу разных по характеру работы станций отделения на одном сервере, что позволяет видеть дислокацию каждого вагона на любой станции с детализацией до станционного или подъездного пути (раньше это было возможно только на станциях, оснащенных АСУСС).

1.1.2 Описание работы сортировочной станции

В данной работе рассмотрен поток поездов через сортировочную станцию, расскажем, что это за вид станций и какие они бывают, и определим некоторые понятия, которыми мы оперируем.

Сортировочные станции предназначены в основном для сортировки вагонов по маршрутам следования и массового формирования из них поездов дальних назначений. Производственная деятельность сортировочных станций характеризуется, таким образом, расформированием большей части поступающих сюда поездов, накопления из них составов новых назначений, формирования и отправления поездов. Транзитные поезда без переработки или с частичным изменением состава в отличие от участковых станций имеют здесь меньший удельный вес в общем вагонопотоке, чем переработка вагонов.

Сортировочные станции размещают в пунктах массового зарождения или погашения вагонопотоков, в пунктах слияния или пересечения железнодорожных линий либо в крупных транспортных узлах. Расстояние между сортировочными станциями зависит от размещения производительных сил и конфигурации железнодорожной сети.

Объём работы с местными вагонами на самой сортировочной, как правило, невелик, хотя есть отдельные станции с примыканием крупных подъездных путей и значительной переработкой в связи с этим местного вагонопотока. Кроме того, на сортировочных станциях выполняются техническое обслуживание и коммерческий осмотр вагонов и устранение выявленных неисправностей, смена локомотивов и локомотивных бригад, сортировка грузов, погрузка и выгрузка вагонов и обслуживание подъездных путей, формирование сборных вагонов с контейнерами и мелкими отправками и другие операции. Для выполнения указанной работы на сортировочных станциях имеется 3 - 6 парков путей, общее число которых в зависимости от типа станции и объёма работы колеблется от 30 до 100 путей. На сортировочных станциях размещают: локомотивное и вагонное депо, пункты технического обслуживания вагонов, служебно-технические здания. Для расформирования-формирования поездов на сортировочных станциях сооружают механизированные сортировочные горки.

По объёму и характеру работы различают сортировочные станции основные (опорные) и районные.

К основным относятся сортировочные станции, перерабатывающие свыше 3000 вагонов в сутки, оборудованные механизированными горками и формирующие сквозные поезда назначением на другие основные сортировочные станции.

К районным относятся сортировочные станции, перерабатывающие от 1500 до 3000 вагонов в сутки и формирующие, как правило, сквозные поезда на ближайшие сортировочные станции.

В зависимости от вида сортировочных устройств, применяемых для расформирования-формирования составов, различают горочные станции, оборудуемых сортировочными горками большой, средней или малой мощности, и безгорочные, на которых устраиваются вытяжные пути. В зависимости от числа сортировочных комплектов различают односторонние (Рис. 1.2) (однокомплектные) и двусторонние (Рис. 1.3) (двухкомплектные) станции. Каждый сортировочный комплект на крупных станциях состоит из парков приёма, горки, сортировочного парка и парка отправления. На менее мощных станциях парк отправления может отсутствовать и сортировочный комплект может включать лишь парк приёма, горку и сортировочно-отправочный парк.

По взаимному расположению основных парков различают станции с последовательным, параллельным и комбинированным расположением парков. Расположение главных путей на сортировочных станциях может быть объемлющим и односторонним.

Рисунок 1.2 -- Схема односторонней сортировочной станции

Специализация парков и путей на станциях должна осуществляться исходя из максимального их использования с учётом возможной взаимозаменяемости, обеспечения минимального числа враждебных маршрутов поездных и маневровых передвижений и минимального пробега вагонов и локомотивов.

Информация о подходе поездов и назначении в них вагонов - основа оперативного планирования и регулирования работы станции. Станции получают два вида информации: предварительную - на 12ч. вперед и точную - о поездах, находящихся на прилегающих к станции участках. Оба вида информации должны быть достаточно достоверными.



Рисунок 1.3 -- Схема двусторонней сортировочной станции

Рисунок 1.4 -- Схема сортировочной станции с параллельным расположением парков

Рисунок 1.5 -- Схема сортировочной станции с последовательным расположением парков

Предварительную информацию передают из отделения дороги вместе с заданием на смену. Она содержит сведения о предстоящем общем прибытии поездов с каждого направления с подразделением транзитные и поступающие в переработку, а также количество вагонов, следующих под выгрузку на данную станцию.

Данные предварительной информации отделение корректирует и уточняет по 4-6 часовым периодам. При этом указываются номера поездов и предполагаемое время их прибытия, состав и масса каждого из них, назначение, а для поступающих в расформирование - количество вагонов по назначениям плана формирования, а также поступающих под выгрузку. На первую четверть суток эта информация передается из отделения одновременно с заданием на смену.

Точная информация поступает на сортировочную станцию непрерывно в виде телеграмм-натурных листов, передаваемых со станции формирования или с других станций передачи информации. Телеграммы-натурные листы передаются на все поезда, прибывающие в расформирование (кроме сборных), и на транзитные поезда с частичной переработкой.

На формируемые на близлежащих станциях узла вывозные и передаточные поезда сортировочная станция получает телеграммы (телефонограммы)-сводки, содержащие данные о номере и индексе поезда, намечаемом времени отправления, назначении, длине и массе, количестве вагонов в каждой группе по назначениям плана формирования сортировочной станции, а на местные вагоны под выгрузку дополнительно указываются род груза и грузополучатель.

Телеграммы-натурные листы должны передаваться не позднее 10 минут после отправления поезда, а телеграммы (телефонограммы)-сводки - не позднее 10 минут после окончания формирования на станции узла вывозного или передаточного поезда.

В случаях когда передача телеграмм-наторных листов на поезд не установлена, точную информацию о них передает отделение дороги. Она содержит сведения о номере и индексе поезда, номере локомотива, времени прибытия поезда, мессе и числе вагонов в составе. Для поездов поступающих в переработку, дополнительно передаются сведения о размещении групп вагонов по назначения плана формирования в порядке их расположения в составе от головы к хвосту, с указанием числа вагонов в каждой группе, а также данные о вагонах, поступающих под выгрузку. Точная информация о транзитных поездах с изменением массы и групповых содержит данные о числе вагонов и массе отцепляемой группы и месте ее расположения в составе поезда.

Получение, передача и первичная обработка информации о подходе поездов и назначении вагонов сосредоточиваются в СТЦ.

1.1.3 Процесс работы диспетчера

Цель работы поездного диспетчера заключается в обеспечении движения поездов и местной работы на участке в соответствии с графиком движения поездов и оперативным планом, а также в соблюдении максимального уровня безопасности движения.

При существующей структуре диспетчерского управления рабочее место поездного диспетчера физически находится в здании ЕДЦУП (Единого дорожного центра управления перевозками), при этом его участок фактически может находиться на достаточно удалённом расстоянии. Например, на Московской железной дороге здание ЕДЦУП расположено в г. Москве, где расположены рабочие места всех поездных диспетчеров дороги, когда диспетчерский круг № 12 Орёл-Серпухов находится на удалении в 100--160 километров. Для контактов поездного диспетчера с исполнителями используются различные виды связи. Указания по движению поездов дежурным по станциям передаются по специальной селекторной (избирательной) телефонной связи. Она позволяет вызвать любой включённый в линию пункт отдельно, а также несколько (групповой вызов) или все пункты (циркулярный вызов). Для контактов поездного диспетчера с машинистами движущихся поездов используется радиосвязь, однако на практике, большинство приказов машинистам (например, приказ на нагон или на повышение участковой скорости) передаётся через дежурных по станциям. На многих участках, оборудованных автоблокировкой, рабочее место ДНЦ оснащается устройствами диспетчерского контроля в виде табло, на котором изображена схема участка и промежуточных станций. Специальная световая индикация сигнализирует о показании сигналов и о фактическом занятии поездами блок-участков и путей на станциях.

Основным инструментом диспетчерского управления служит график исполненного движения. Он предназначен для выполнения основных функций поездного диспетчера: контроля, планирования и регулирования движения поездов, на котором поездной диспетчер отмечает все данные о движении, а также все нарушения нормальной работы на участке и их причины. Физически график исполненного движения -- это лист формата А1, с нанесённой на него сеткой графика участка и дополнительной информацией (времена хода поездов, названия раздельных пунктов, их коды и т. д.).

Также на графике исполненного движения указываются:

- номера поездов и поездных локомотивов, фамилии машинистов, вес и условная длина поездов;

- время отправления, прибытия и проследования поездов по станциям участка;

- данные об использовании локомотивов;

- данные о поездной и грузовой работе станций по установленным периодам суток;

- занятие приёмо-отправочных путей на промежуточных станциях;

- снятие напряжения в контактной сети на главных и приёмо-отправочных путях станций и перегонов;

- действующие предупреждения, требующие снижения скорости;

- движение поездов по неправильному пути;

- закрытие перегонов, путей и других устройств, обслуживающих движение.

Для облегчения труда диспетчера на многих рабочих местах используются поездографы -- приборы, автоматически регистрирующие ход поездов на графике исполненного движения, многоцелевая компьютерная программа ГИД «Урал-ВНИИЖТ». На особо напряжённых кругах вводится дополнительная штатная единица -- графист, который помогает поездному диспетчеру в выполнении его пассивных функций.

Функции поездного диспетчера можно разделить на активные и пассивные: Активные функции выражаются в трёх основных элементах:

- текущее планирование - предварительное составление плана пропуска поездов по участку на определённый период и последующие его корректировки. При этом диспетчер преследует цель -- минимизировать задержки поездов и отклонения от нормативного графика. Практически, поездной диспетчер выполняет это планирование после каждого получения о свершившемся событии (например, о готовности к отправлению передаточного поезда на одной из станций, или о внезапном нарушении нормальной работы устройств, за чем следует нарушение нормативного графика и т. д.)

- диспетчерское регулирование -- своевременная выдача необходимых распоряжений для осуществления запланированного пропуска поездов с учётом всех возникающих изменений поездной ситуации, как то:

- ускорение хода поезда по сравнению с графиковым (ДНЦ договаривается с машинистом поезда об ускоренном следовании по участку, выдаёт ему диспетчерское расписание и, со своей стороны, обязуется предоставить «зелёную улицу»);

- изменение пунктов скрещения и обгона поездов;

- движение по неправильному пути (для организации; безостановочного обгона и форсированного пропуска поездов в одном направлении);

- сдваивание поездов (для ускорения пропуска вагонопотоков в период предоставления «окон»);

- оценочно-контрольные действия -- оценка достигнутого результата по сравнению с запланированным.

Все эти действия выполняются параллельно, постоянно накладываясь друг на друга. При отклонении поездов от графика по различным причинам, поездному диспетчеру в короткое время приходится решать сложные многовариантные задачи. Чтобы достичь хороших результатов, диспетчер должен все время идти «вперёд поездов», постоянно планируя порядок их пропуска. При этом он должен предвидеть все эксплуатационные события: скрещения, обгоны, задержки при движении «по удалению» и т. д. Для этого он мысленно продлевает на своём графике линии хода поездов, определяя время свершения этих событий и намечая регулировочные меры

Пассивные функции: ведение графика исполненного движения, обмен подходами поездов с соседними диспетчерами, передача сведений о поездах и вагонах на станции, заполнение приложений к графику. На эти операции поездной диспетчер затрачивает от 25 до 35 процентов своего рабочего времени. Освободив его от них (методами, указанными выше) можно значительно повысить эффективность его работы или увеличить протяжённость участка.

Помимо поездной работы, диспетчер организует местную работу своего участка: организует продвижение передаточных, вывозных и сборных поездов с вагонами, назначением на промежуточные станции участка, заблаговременно сообщает дежурным по этим станциям о подходе вагонов, обеспечивает погрузку порожними вагонам, принимает меры для скорейшего вывоза погруженных вагонов и порожних вагонов из-под выгрузки с участка на ближайшие технические станции. В настоящее время часть этих функций передаётся диспетчеру ЦУМР (Центра управления местной работой).

Поездные диспетчера -- многочисленный отряд работников, во многом определяющих ход эксплуатационной работы на дорогах.

Работа железнодорожного транспорта подчинена трём законам (по убывающей степени важности):

- обеспечение безопасности движения поездов;

- график движения поездов;

- план формирования.

1.1.4 Потоки данных предметной области

Анализ предметной области начинается с выделения основных объектов и установления взаимосвязей между ними. При проектировании системы используется принцип концептуализации предметной области, т.е. система состоит из компонентов, под которыми понимают некоторую абстрактную единицу, обладающую функциональностью (способностью выполнять функции).

Выделим основные объекты предметной области, участвующие в автоматизации:

- локомотив;

- поезд;

- железнодорожный путь:

- сортировочная станция;

- диспетчерская;

- поездной диспетчер;

- процесс оптимизации:

- ЭВМ (процесс выполнения алгоритмов),

- выходные данные (отчёт).

На рисунке 1.6 представлены потоки данных предметной области.

Процесс начинается с определения основного состава процесса автоматизации. Данные о локомотивах и поездах находящихся на пути сортировочной станции поступают в диспетчерскую и обрабатываются на ЭВМ, затем диспетчер передает команду на путь сортировочной станции.



1.1.5 Процесс подготовки поезда к отправлению

На железнодорожные пути сортировочной станции прибывает поезд и локомотив. Они располагаются на путях для дальнейшей отправки и сортировки.

Информация о прибывших локомотивах и поездах поступает на сортировочную станцию. Все нужные данные для процесса оптимизации оборота локомотивов через сортировочную станцию, хранящиеся в универсальной базе данных АСУ СТ поступают в ЭВМ. В ЭВМ на основании написанных алгоритмов происходит процесс оптимизации привязки локомотива к поезду, вычисление пути и времени готовности к отбытию. Далее формируются отчёты по проделанной работе и через форму выводятся в диспетчерской. Поездной диспетчер, сидящий за своим автоматизированным рабочим местом видит результат работы программы и с помощью связи передаёт команду и формировании нового поезда или отправки дальше существующего на сортировочную станцию.

Далее сотрудники железной дороги формируют документы для создания и отправки поезда и организуют работу локомотивных бригад. Во время этого должен последовательно успешно быть выполнены все виды работ:

- проверка технического состояния локомотива;



Рисунок 1.6 -- Потоки данных предметной области

- проведение профилактических работ;

- буксировка поезда на железнодорожный путь.

Далее сообщить об успешно выполненной работе и поезд готов к отправлению.

1.2 Обзор существующих систем

1.2.1 Автоматизированная система управления станцией «АСУС» от ОАО «АГАТ-системы управления»

Рассмотрим подробно автоматизированную систему управления станцией от компании ОАО «АГАТ-системы управления»: её особенности, строение и функционал.

Назначение автоматизированной системы управления станцией (АСУС):

- автоматизации технологических процессов по обработке вагонопотоков на сортировочной станции;

- создания динамической вагонной модели состояния приемо-отправочных, сортировочных и других путей станции;

- организации грузовой работы станции;

- ведения архива вагонно-отправочной модели станции с глубиной хранения 7 лет;

- решения прикладных задач станционной отчетности;

- информационного обмена с системой верхнего уровня.

- Состав автоматизированной системы (АСУС):

- универсальное рабочее место АСУС, настраиваемое в соответствии с должностными обязанностями персонала (УРМ);

- АРМ выдачи предупреждений машинистам локомотивных бригад (АРМ ПРЕД);

- АРМ оператора пункта технического осмотра (АРМ ПТО);

- АРМ оператора коммерческого осмотра вагонов (АРМ ПКО);

- АРМ оператора станционной отчетности (АРМ ОСО);

- автоматизированные рабочие места руководителей: начальника станции, заместителя начальника станции, начальника технической конторы и т.д. (АРМ РД).

Подробно опишем все функции которые выполняются системой АСУС.

УРМ - в зависимости от особенностей технологического процесса станции имеет возможность совмещения либо перераспределения функций между рабочими местами персонала станции, включенными в состав АСУС. Настройка УРМ производится с АРМ администратора системы. Количество рабочих мест - не ограничено.

Рисунок 1.7 -Форма работы УРМ

АРМ ПРЕД:

- регистрация заявок на выдачу предупреждений локомотивным бригадам;

- печать и выдача предупреждений на отправляемые поезда и маневровые локомотивы, работающие на узле либо станции;

- ведение архива введенных и выданных предупреждений;

- автоматическое отслеживание времени действия предупреждений.

Рисунок 1.8 -Форма работы АРМ ПРЕД

АРМ ПТО:

- ввод схемы осмотра поезда (как по прибытию, так и по отправлению) с регистрацией в архиве станции для последующего выявления ошибок, допущенных осмотрщиками при браковке вагонов;

- получение информации о требующих ремонта вагонах (по пробегу, дате) в виде сообщения «204? из ГВЦ;

- ввод информации о неисправных вагонах в составе поезда в базу данных, автоматическая разметка натурного листа поезда в части забракованных по техническим неисправностям вагонов;

- выдача формы ВУ-36 и акта разбраковки на выпускаемые из ремонта вагоны;

- выдача комплекта документов на вагоны, пересылаемые для ремонта на другие станции.

Рисунок 1.9 -Форма работы АРМ ПТО

АРМ ПКО:

- ввод и корректировка информации о неисправных вагонах (контейнерах) в составе поезда или одиночных вагонах;

- автоматическая разметка натурного листа поезда в части забракованных по коммерческим неисправностям вагонов;

- предварительный просмотр, выдача на печать данных из формы ГУ-98 за определенный интервал времени;

- составление, корректировка и выдача на печать акта общей формы на коммерчески неисправные вагоны (контейнеры);

- выдача на печать отчета по вагонам с коммерческими неисправностями.

Рисунок 1.10 - Форма работы АРМ ПКО

АРМ ОСО:

- расчет и выдача отчетных данных о вагонном парке станции на отчетный час (отчет о вагонном парке станции по форме ДО-2);

- расчет и выдача отчетных данных о прибывших и отправленных поездах по форме ДУ-4;

- расчет и выдача отчетных данных о груженых вагонах на 17.00 по форме ДО-15;

- формирование отчета о простое вагонов;

- формирование помесячно отчета о вагонном парке;

- отработка запросов на формирование различного рода справок и отчетов по работе станции на основании информации архива.



Рисунок 1.11 - Форма работы АРМ ОСО

АРМ РД - оснащаются программным модулем доступа к архиву станции, а также к информации об оперативной обстановке на станции.

ОСОБЕННОСТИ / ПРЕИМУЩЕСТВА

Автоматизированных рабочих места АСУС ориентированы на выполнение функций, непосредственно связанных с должностными обязанностями персонала.

В системе реализована возможность создания требуемого по сложившемуся технологическому процессу станции автоматизированного рабочего места из набора стандартных функций.

Однако мы видим, что эта система, несмотря на большой функционал, не выполняет задачу оптимизации оборота локомотива через сортировочную станцию. А именно не оптимизирует привязку локомотива к поезду.

1.3 Виды баз данных

Базой данных является представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов (статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) [6].

База данных -- организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей [7].

Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям.

Далее указаны основные классификации:

- классификация БД по модели данных:

- иерархические;

- сетевые;

- реляционные;

- объектные;

- объектно-ориентированные;

- объектно-реляционные;

- классификация БД по технологии физического хранения:

- БД во вторичной памяти (традиционные);

- БД в оперативной памяти (in-memory databases);

- БД в третичной памяти (tertiary databases);

- классификация БД по содержимому:

- географические;

- исторические;

- научные;

- мультимедийные;

- классификация БД по степени распределенности:

- централизованные;

- распределённые [7].

Реляционная модель данных (РМД) включает следующие компоненты:

- структурная составляющая - данные в базе данных представляют собой набор отношений;

- составляющая целостности - отношения (таблицы) отвечают определенным условиям целостности;

- составляющая обработки - реляционная модель данных поддерживает операторы манипулирования отношениями.

Следует отметить три важных обстоятельства:

- модель является логической, то есть отношения являются логическими (абстрактными), а не физическими (хранимыми) структурами;

- для реляционных баз данных верен информационный принцип: всё информационное наполнение базы данных представлено одним и только одним способом, а именно - явным заданием значений атрибутов в кортежах отношений; в частности, нет никаких указателей (адресов), связывающих одно значение с другим;

- наличие реляционной алгебры позволяет реализовать декларативное программирование и декларативное описание ограничений целостности, в дополнение к навигационному (процедурному) программированию и процедурной проверке условий [8].

Кроме того в состав реляционной модели данных включают теорию нормализации.

Реляционная база данных - база данных, основанная на РМД. Слово «реляционный» происходит от англ. relation (отношение). Для работы с реляционными БД применяют реляционные системы управления базами данных (СУБД) [7].

Нормальная форма - формальное свойство отношения, которое характеризует степень избыточности хранимых данных и возможные проблемы. [7].



1.4 Виды клиент-серверных архитектур

Клиент-сервер -- вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением [9]. На рисунке 1.2 представлены роли клиента и сервера.

Рисунок 1.12 - Роль клиента и сервера

Основные преимущества архитектуры клиент-сервер:

- возможно, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети;

- все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов;

- возможно объединение разных клиентов.

Двухуровневая архитектура (толстый клиент) -- это приложение, обеспечивающее расширенную функциональность независимо от центрального сервера. Часто сервер в этом случае является лишь хранилищем данных, а вся работа по обработке и представлению этих данных переносится на машину клиента [9].

Данная технология обладает следующими достоинствами:

- толстый клиент обладает широким функционалом в отличие от тонкого клиента;

- доступен режим многопользовательской работы;

- предоставляется возможность работы даже при обрывах связи с сервером;

- высокое быстродействие.

Недостатки архитектуры:

- большой размер дистрибутива.

- многое в работе клиента зависит от того, для какой платформы он разрабатывался.

- при работе с ним возникают проблемы с удаленным доступом к данным.

- довольно сложный процесс установки и настройки.

- сложность обновления и связанная с ней неактуальность данных.

Многоуровневая архитектура - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов [9].

Данная архитектура обладает следующими достоинствами:

- масштабируемость;

- конфигурируемость -- изолированность уровней друг от друга позволяет быстро и простыми средствами переконфигурировать систему при возникновении сбоев или при плановом обслуживании на одном из уровней;

- высокая безопасность;

- высокая надёжность;

- низкие требования к скорости канала (сети) между терминалами и сервером приложений;

- низкие требования к производительности и техническим характеристикам терминалов.

Недостатки вытекают из достоинств:

- более высокая сложность создания приложений;

- сложнее в разворачивании и администрировании;

- высокие требования к производительности серверов приложений и сервера базы данных;

- высокие требования к скорости канала (сети) между сервером базы данных и серверами приложений.

1.5 Стандарт построения ER-модели данных IDEF1X

Методология IDEF1X предназначена для моделирования структур баз данных на основе диаграмм сущность-связь (ER-диаграмм) [10]. При проектировании баз данных обычно выделяют три уровня абстракции, на которых происходит последовательное уточнение модели:

- концептуальный;

- логический;

- физический.

IDEF1X предусматривает проектирование модели базы данных на логическом и физическом уровнях.

Обычно модель одной базы данных описывают с помощью одной или нескольких диаграмм IDEF1X, содержащих сущности, атрибуты и связи.

Сущность - объект, информация о котором должна сохраняться. Сущности должны иметь наименование в виде существительного в единственном числе. Каждый экземпляр сущности на диаграмме уникален.

Атрибут хранит информацию об определенном свойстве сущности. Атрибуты должны именоваться в единственном числе и иметь четкое смысловое значение. Атрибут или группа атрибутов, которые однозначно идентифицируют экземпляры сущности, называются первичным ключом.

Связь описывает логическое соотношение между сущностями. Каждая связь должна именоваться глаголом или фразой, однако имя связи на диаграмме не указывается.

На логическом уровне можно установить следующие связи между сущностями:

- идентифицирующую связь один-ко-многим;

- неидентифицирующую связь один-ко-многим;

- связь многие-ко-многим.

Идентифицирующая связь устанавливается между независимой (родительский конец связи) и зависимой (дочерний конец связи) сущностями. Зависимая сущность не может существовать самостоятельно - экземпляр зависимой сущности определяется только через отношение к сущности, которая его идентифицирует. В дочерней сущности добавляются новые атрибуты, помечаемые как внешний ключ.

Для неидентифицирующей связи можно указать обязательность. В случае обязательности при генерации схемы базы данных атрибут внешнего ключа получит признак NOT NULL, несмотря на то, что внешний ключ не войдет в состав первичного ключа дочерней сущности. В случае необязательной связи внешний ключ может принимать значение NULL.

Связь многие-ко-многим существует только на логическом уровне. При переходе на физический уровень это отношение должно быть преобразовано: вместо связи многие-ко-многим добавляется новая зависимая сущность, связанная идентифицирующими связями один-ко-многим с сущностями, находившимися в исходном отношении [10].

На рисунке 1.13 представлены графические примитивы IDEF1X.

Рисунок 1.13 - Графические примитивы IDEF1X

1.6 Разработка информационно-логической модели

1.6.1 Проектирование системы с использованием DFD методологии

Диаграммы потоков данных (DFD) являются основным средством моделирования функциональных требований проектируемой системы. С их помощью эти требования разбиваются на функциональные компоненты (процессы) и представляются в виде сети, связанной потоками данных. Главная цель таких средств - продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.

Диаграммы потоков данных известны очень давно. В фольклоре упоминается следующий пример использования DFD для реорганизации переполненного клерками офиса, относящийся к 20-м годам. Осуществлявший реорганизацию консультант обозначил кружком каждого клерка, а стрелкой - каждый документ, передаваемый между ними. Используя такую диаграмму, он предложил схему реорганизации, в соответствии с которой два клерка, обменивающиеся множеством документов, были посажены рядом, а клерки с малым взаимодействием были посажены на большом расстоянии. Так родилась первая модель, представляющая собой потоковую диаграмму - предвестника DFD.

Для изображения DFD традиционно используются две различные нотации: Йодана (Yourdon) и Гейна-Сарсона (Gane-Sarson). Далее при построении примеров будет использоваться нотация Йодана, все исключения будут предварительно оговариваться.

В основе данной методологии (методологии Gane/Sarson) лежит построение модели анализируемой ИС - проектируемой или реально существующей. В соответствии с методологией модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных (ДПД или DFD), описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи пользователю. Диаграммы верхних уровней иерархии (контекстные диаграммы) определяют основные процессы или подсистемы ИС с внешними входами и выходами. Они детализируются при помощи диаграмм нижнего уровня. Такая декомпозиция продолжается, создавая многоуровневую иерархию диаграмм, до тех пор, пока не будет достигнут такой уровень декомпозиции, на котором процессы становятся элементарными и детализировать их далее невозможно.

Источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), переносящие информацию к подсистемам или процессам. Те, в свою очередь, преобразуют информацию и порождают новые потоки, которые переносят информацию к другим процессам или подсистемам, накопителям данных или внешним сущностям - потребителям информации. Таким образом, основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

- внешние сущности;

- системы/подсистемы;

- процессы;

- накопители данных;

- потоки данных.

К преимуществам методики DFD относятся:

- возможность однозначно определить внешние сущности, анализируя потоки информации внутри и вне системы;

- возможность проектирования сверху вниз, что облегчает построение модели "как должно быть";

- наличие спецификаций процессов нижнего уровня, что позволяет преодолеть логическую незавершенность функциональной модели и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы.

1.6.2 Диаграмма верхнего уровня работы системы

Диаграмма наглядно описывает процесс работы системы с помощью внешних сущностей, процессов, накопителей данных и потоков данных. На диаграмме верхнего уровня (Рис.1.14) определены две внешние сущности: АСУ СТ и поездной диспетчер. Она представляет динамическое поведение сущностей, на основе спецификаций их реакции на восприятие некоторых конкретных событий. Главное значение этой диаграммы - описать возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение жизненного цикла [10].

На диаграмме представлен процесс оптимизации оборота локомотивов через сортировочную станцию.

От внешней сущности АСУ СТ, которая является единой и универсальной базой данных и хранит полную информацию о локомотивах поступает поток информации, который содержит входные параметры для нашей системы. Входные параметры: номер и местоположение локомотива, операции над ним, его техническое состояние, величина его тягового плеча и т.д..



Рисунок 1.14 - Диаграмма верхнего уровня работы системы

Это данные необходимые нам для принятия решения. Далее идёт процесс прогнозирования времени прибытия локомотива на станцию и вычисление времени готовности локомотива к использованию. Полученные данные в результате вычисления загружаются в хранилище информации «БД прогноза готовности локомотивов». Далее данные передаются в процесс «Оптимизация процесса привязки локомотива к поезду», в этом процессе реализуется последовательная цепь алгоритмов, в результате которых получается искомое решение. Данные полученные в процессе «Оптимизация процесса привязки локомотива к поезду» загружаются и сохраняются в базу данных, а затем выводятся через интерфейс диспетчерам.

Произведём декомпозицию процессов «Прогнозирование времени готовности отправления локомотивов» и «Оптимизация процесса привязки локомотива к поезду».



1.6.3 Декомпозиция процесса «Прогнозирование времени готовности отправления локомотивов»

Диаграмма декомпозиции процесса «Прогнозирование времени готовности отправления локомотивов» (Рис.1.15) применяется для представления общей конфигурации о процессе. Кроме того, диаграмма показывает наличие соединений - маршрутов передачи информации между процессами и данными, задействованными в реализации системы. Диаграмма декомпозиции содержит графические изображения процессов, данных и связей между ними.

Рисунок 1.15 - Диаграмма декомпозиции «Прогнозирование времени готовности отправления локомотивов»

На рисунке 1.16 представлен процесс «Прогнозирование времени готовности отправления локомотивов». Входными данными для процесса является местоположение локомотива, его номер, код операции и список станций и перегонов до сортировочной станции - данные топологии пути. На первом этапе происходит вычисление времени прихода локомотива на сортировочную станцию. Затем реализую алгоритмы, определяется тип локомотива, данные помещаются в базу данных. На последнем этапе происходит вычисление времени готовности локомотивов к использованию.



1.6.4 Диаграмма декомпозиции процесса «Оптимизация процесса привязки локомотива к поезду»

Диаграмма декомпозиции процесса «Оптимизация процесса привязки локомотива к поезду» представлена на рисунке 1.16. Входными данными для процесса являются: параметры локомотива и поезда.

Рисунок 1.16 - Диаграмма декомпозиции «Оптимизация процесса привязки локомотива к поезду»

Сначала идёт сравнение даты окончания действия ТО локомотива и даты прихода поезда на конец маршрута или на сортировочную станцию. На основании этого создаётся список локомотивов, которые можно использовать для транспортировки состава по данному маршруту. Далее этот список поступает в процесс «Проверки длинны маршрута и величины тягового плеча» , на этом этапе из списка полученного до этого выбираются локомотивы, чья длинна тягового плеча больше длинны маршрута. Необходимым условием является то что маршрут поезда не выходит за границы тягового плеча локомотива. На последнем этапе из списка полученного при работе предыдущих двух процессов идёт оптимизация привязки локомотива к поезду. На основании данных полученных до этого и данных о мощности локомотива и веса состава поезда выбирается пара таким образом, чтобы соотношении массы поезда и мощности локомотива было оптимальным. В нашем случае это значит что выбирается локомотивов минимальной мощности но способный тянуть состав. Это приводит к экономии энергетических ресурсов и грамотному распределению потенциала мощности локомотивов на железной дороге.

1.7 Постановка задачи

Основной задачей, которую необходимо решить в ходе дипломного проектирования, является моделирование процесса оптимизации оборота локомотивов через сортировочную станцию. Разрабатываемая автоматизированная система (АС) должна иметь клиент-серверную архитектуру и предоставлять возможность пользователю вести учет локомотивов, времени их прибытия на станцию, оптимизировать процесс привязки локомотива к поезду, формировать отчеты о проделанной работе.

Таким образом, АС должна реализовывать следующие функции:

- аутентификация пользователя;

- ведение базы данных информации о локомотивах;

- прогнозирование времени прихода и готовности локомотивов на сортировочную станцию;

- оптимизация привязки локомотива к поезду;

- вывод на экран автоматически сформированных документов;

- сохранение сформированных файлов в базу данных;

- организация информационной поддержки системы (выдача справочной информации о системе).



1.8 Выбор и обоснование комплекса программных средств

1.8.1 Выбор среды разработки

Для реализации автоматизированной информационной системы использована среда программирования Delphi 7. Среда разработки берёт на себя большую часть рутинной работы, оставляя программисту работу по конструированию диалоговых окон и функций обработки событий.

Системы, написанные на Delphi 7, не требуется снабжать дополнительными библиотеками, здесь предоставляется удобный, легко расширяемый объектно-ориентированный.

Основные преимущества Delphi 7:

- быстрое написание кода:

- запоминать синтаксис больше не нужно;

- можно писать меньше кода (в Delphi 7 входят готовые библиотеки неуправляемого и управляемого кода, такие как Active Type Library, Microsoft Foundation Class Library (MFC) и Microsoft .NET Framework);

- более эффективная работа с данными;

- управление файлами проектов;

- быстрое создание новых проектов;

- поддержка нескольких версий Microsoft .NET Framework;

- разработка с постоянным тестированием;

- разработка WEB-приложений;

- разработка приложений для Microsoft Office;

- разработка приложений для мобильных устройств.

Delphi 7 позволяет создавать самые различные системы: от простейших однооконных приложений до программ управления распределёнными базами. Особенно явно Delphi 7 перед другими средами программирования заметны в проектах, в которых разработка интерфейса занимает значительную часть всего времени разработки [11].

1.8.2 Выбор языка программирования

В качестве языка программирования использован строго типизированный объектно-ориентированный язык программирования Object Pascal.