Спросить
Войти
Принятие решений в задачах управления
транспортными потоками ракетно-космической техники на основе нечеткой ситуационной сети
А.В. Фараонов
Аннотация— Перевозка ракетно-космической продукции является неотъемлемой частью технологического процесса подготовки к запуску и запуску космических ракет. Многолетний опыт работы в области ракетно-космической техники показывает, что процесс подготовки космических ракет и их компонентов для использования по назначению на космодромах остается длительным и трудоемким. Это связано с конструктивными особенностями современных космических ракет и технологией их подготовки к запуску. Высокая цена за неправильные действия или неквалифицированное выполнение технологических операций по транспортному сопровождению ракетно-космических систем определяет высокие требования к уровню и качеству транспортных и логистических услуг. В связи с этим возникает проблема научного обоснования организации системы управления транспортными потоками ракетно-космической продукции В [1,2] были предложены методики наземного логистического анализа, основанные на оптимизации сети линейного программирования. Рассматривается ситуационная модель принятия оперативных решений при транспортировке изделий ракетно-космического назначения как неотъемлемая части безопасного процесса подготовки к пуску. Решается задача многокритериального выбора нового маршрутов доставки в условиях неопределенности, основанных на теории нечетких множеств. Проводится ранжирование альтернатив множества маршрутов и выбирается наилучшая альтернатива нового маршрута на основе нечетких множеств.
I. Введение
В современных условиях космическая деятельность является одним из основных факторов, определяющих уровень развития и влияния России, её статус государства высоких технологий. Космическая деятельность относится к государственным приоритетам, определяющим инновационные пути развития страны. Как отмечено в «Основах политики
Статья получена 19 апреля 2020.
Фараонов А.В.-БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова (faraonov.a@mail.ru)
Российской Федерации в области космической деятельности...», первоочередной задачей
использования космических средств является создание информационных полей, обеспечивающих непрерывную связь; радио- и телевещание; навигацию; оперативное получение данных наблюдения из космоса земной поверхности и атмосферы; обеспечение потребителей услугами связи, координатно-временными данными, информацией наблюдения, контроля и управления; повышение эффективности, достижение глобальности и непрерывности стратегического информационного обеспечения. Выполнение такой масштабной задачи предполагает, в частности, решение взаимосвязанных оптимизационных и расчётных задач, а именно:
> задачи обоснования тактико-техникоэкономических требований к перспективным комплексам наземной космической инфраструктуры, космическим аппаратам и средствам выведения;
> задачи логистического обеспечения с целью
совершенствования системы поставок на космодромы ракетно-космической техники, оборудования и иных грузов;
> задачи оптимизации экономических ресурсов
наземной космической инфраструктуры, необходимых для реализации программы развертывания орбитальной системы космических аппаратов [1].
Создание ракетных комплексов связано с решением целого ряда сложных научных и инженерных задач. В области наземного оборудования, среди прочих, к таким задачам относится проблема доставки собранных в заводских условиях ракет-носителей и других грузов ракетно-космического назначения на технические и стартовые позиции по дорогам различных категорий, в том числе и грунтовым. Транспортировка продукции ракетно-космического назначения является неотъемлемой частью технологического процесса подготовки к пуску и пуска ракет космического назначения. Четкое и качественное проведение работ по подготовке к пуску ракет космического назначения определяющим образом влияет на успешное выполнение запуска. Процесс перемещения грузов ракетно-космического назначения требует поиска рационального способа транспортного обеспечения, выбора транспортных средств, оптимального направления перевозки, форм и методов организации
транспортного процесса, анализа альтернативных решений. Общий алгоритм организации транспортировки продукции ракетно-космического назначения включает следующие процедуры:
> выбор вида транспортировки;
> выбор вида (или нескольких видов) транспорта;
> выбор основных и вспомогательных логистических посредников в транспортировке.
Особенностью обеспечения полетов космических аппаратов с помощью ракет космического назначения является то, что на стартовый комплекс с завода-изготовителя ракета космического назначения доставляется отдельными блоками (ступенями), поскольку целиком собранную ракету космического назначения доставить к месту старта невозможно ни одним из существующих видов транспорта. К основным факторам, влияющим на выбор вида транспорта при транспортировке продукции ракетно-космического назначения, относятся:
> наличие путей сообщения или стоимость их
строительства;
> габариты груза;
> необходимая грузоподъемность транспортных
средств;
> особые условия транспортировки груза
(температурно-влажностный режим, уровень допустимых перегрузок, уровень напряжения корпуса при креплении к транспортному средству, защита от атмосферных осадков и ветра, безопасность режимов движения);
> требования к грузоподъемности и проходимости
транспортных средств;
> допустимые удельные нагрузки на дорожное
полотно;
> расстояние транспортировки;
> - стоимость транспортировки;
> - сроки транспортировки [2].
II. Постановка задачи.
Рассматриваемая в настоящей работе задача относится к задачам о принятии оперативных решений при возникновении непредвиденной ситуации на маршруте доставки и необходимости изменения опорного плана. Разработка и исследование транспортно-логистической системы с помощью имитационной модели позволяет оценить компетентность специалиста, при принятии решений без вмешательства в работу реальной системы, растянуть или сжать время функционирования логистической системы, понять сложное взаимодействие элементов внутри системы, оценить степень влияния факторов и выявить «узкие места». Разрабатывается ситуационная модель принятия оперативных решений при возникновении непредвиденной ситуации на маршруте, корректировке опорного плана и выборе нового маршрута доставки. Ситуационный подход в принятии решений для транспортно-логистической системы предполагает, не только оценить возникшую непредвиденную
ситуацию на маршруте, но и определить управляющие решения. Такое представление получило название нечёткой ситуационной сети (НСС) [3-6].
Ситуационный шаг управления представляется формулой:
S NET &-S/
где - выполнение опорного плана ; текущая ситуация (yзeЛj 11/;" )• :Г1- - новая ситуация (узел>1Л корректировка опорного плана);
- выбор маршрута в «непредвиденной ситуации»- выбор модели доставки) (рис. 1).
Для «непредвиденной ситуации» требуется не просто идентифицировать ситуацию и соответствующее ей множество управляющих решений, но и определить рациональные пути достижения целей планирования и оперативного управления выбора маршрута доставки, для чего необходимо определить возможные последствия управляющих решений на несколько шагов вперёд. Задачи оперативного управления выбора маршрута доставки требуют привлечения дополнительных методов, среди которых хорошо себя зарекомендовали методы, основанные на представлении совокупности типовых состояний системы в виде узлов графа, переходы которого соответствуют управляющим решениям.
Рис.1. Ситуационный шаг управления (условный вариант). Ситуационная сеть5^£т представлена в виде ориентированного графа (у/ д) ( ,
где Ж - множество узлов - состояний, а А -множество дуг-переходов между состояниями.
г • 1*ч | г: = ;
¿ = К;Ь = 1.....;; = 1.....ЛГ„} (2)
Метод вывода по нечёткой ситуационной сети [3,4] основывается на определении связного подграфа, содержащего некоторое начальное состояние сети w &, относительно которого ведётся поиск.
б&яег = а); е ^ иг& ё ы&; ёИГ&} (3) Направленным нечетким графом {у/* д) называется пара множеств, в которой № ё IV, и& ё IV - множество вершин графа; А [о^м^.н^ ё \\\\&} - нечеткое множество направленных ребер графа, вершина
является началом,
w h wj иА - значение функции принадлежности
- концом ребра
иА для ребра
Вид подграфа SnET & определяется типом конкретной ситуационной сети:
-для сетей, в дугах переходов которых отсутствует случайная составляющая, Snet & обычно принимает вид цепи (выполнение опорного плана);
-для сетей, учитывающих случайные факторы при переходах, Snet &
Создание компьютерной модели логистической системы включает такие взаимосвязанные этапы, как содержательная постановка задачи; разработка концептуальной модели; разработка и программная реализация имитационной модели; оценка адекватности модели и точности результатов моделирования; планирование экспериментов; принятие решений. Эти показатели не имеют четко очерченных оптимальных границ. Показатели дают возможность количественно оценить подготовку специалиста, определить тип поведения специалиста, и соответственно разработать как коллективную, так и индивидуальную методику подготовки специалистов.
Методика определяется следующей последовательностью действий. При возникновении «непредвиденной ситуации» в узле Wj дальнейший маршрут определяется следующим образом[6,7]. Определяется множество альтернативных (возможных) маршрутов доставки |i(/)=5V£T = {SNirrh SNET:,
.....5яет„......Sj4ET,J. Каждый маршрут характеризуется
параметрами (критериями), - Y = (y1y y2, ...y,...ym} (например, пропускная способность, расстояние, время доставки). Выбор модели доставки грузов м^отражает уровень соответствия /-го маршрута доставки требованиям по j-му параметру
(Mjj£ [0; 1]; ; = 1, т\\ j = l,n).
Разрабатывается имитационная модель принятия оперативных решений при возникновении непредвиденной ситуации на маршруте, корректировке опорного плана и выборе нового маршрута доставки
(Рис. 2) в среде редактора AnyLogic, происходит в среде исполнения [7,8].
анализ модели
Ш. Обработка событий исполняющего модуля AnyLogic.
rteti&jrVjeiïî
иилЬМяЬ newriiendrcli& l-iVw
g г-г-Ffc
"| ■ & i t
£ (pifcl
Рисунок 2. Обмен данными между элементами
имитационной модели 2.В среде ExtendSim8 [9] оператор обучается созданию и эксплуатации системы безопасности аэропорта. Инструмент имитационного моделирования нового поколения, это расширение продукта Extend® фирмы ImagineThat, основанный на результатах, полученных в теории моделирования и в информационных технологиях за последнее десятилетие, поддерживает на единой платформе существующие подходы дискретно-событийного и непрерывного моделирования (блок-схемы процессов, системную динамику, агентное моделирование, карты состояний, системы уравнений и т.д.). Объектно-ориентированный подход, предлагаемый ExtendSim 8,
облегчает итеративное поэтапное построение больших моделей ExtendSim 8-модели создаются из заранее подготовленных блоков.
ffc llPffil Structure of Water Sources
_J Tipu ni
=4 Structure of Water Sources QBE J Structure of tifater Sources □ЕВ
i_i jJ Type in on-line help 1e 3 »there. ^_^ ^J Type in on-line help led h ere.
a ijäii ü jJajJ
СлИЬ czfn «MU Э-1 *
Ran** f- üb ~ У й ^ frr«, uut 1
PL ■1 .fia-l 1 • П ■1 -lau 1 .Г
Pue. 3. Этапы разработки имитационной модели.
Определяем (Marshrut) с тремя термами: «high», «middle» и «low» при трех входных переменных пропускная способность (Psposobnost), расстояние (Rastoynie) и время доставки (Time), получим набор правил. Логист для каждой переменной вводит вручную степень принадлежности к соответствующим термам. Полученные значения обрабатываются в соответствии с правилами, и в таблице в правой части отображается— истинность правила в виде черного прямоугольника. Прямоугольник, закрашенный полностью, показывает на истинность, равную 1, прямоугольник не закрашенный — на истинность, равную 0. Промежуточным значениям соответствует прямоугольник, закрашенный частично. Отображение истинности правила позволяет следить за ошибками при переносе правил в программу, а также за влиянием каждого из правил на конечный результат.
» M Ч » Li Ir й>
СГ •>. на J É"Рис. 5. Интерактивный режим программы FuzzyTech.
МГЧ1 uun HÏ
Рис.4. Реализации имитационной модели "Авиационная безопасность" в 3D.
промежуточными операциями. Данная возможность необходима при внесении новых переменных и правил в процедуру определения альтернативного маршрута. В интерактивном режиме программы fuzzyTECH [10] можно не только видеть значение конечного результата ■*(/), но и следить за промежуточными операциями. Данная возможность необходима при внесении новых переменных и правил в процедуру определения альтернативного маршрута. Демонстрация
промежуточных результатов контролирует перенос правил нечёткого вывода в программу. Демонстрация промежуточных результатов
контролирует перенос правил нечеткого вывода в программу. Для определения альтернативного маршрута запишем лингвистические переменные и создадим для них продукционные правила вывода (рис. 5).
Пропускная способность
Время доставки
Расстояние Рис. 6 Результаты
IV. Заключение
Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы:
Несовпадение результатов, полученных разными методами, объясняется, с одной стороны, различными
способами представления экспертной информации, а с другой —различием подходов к принятию решений. Так, в основу метода анализа иерархий и модели компромиссного параметра заложен рационально-взвешенный подход, основанный на попарных сравнениях объектов и нормированных весовых коэффициентах. Максиминная свертка и модель основного параметра являются реализацией пессимистического подхода, игнорирующего хорошие стороны альтернатив, когда лучшей считается альтернатива, имеющая минимальные недостатки по всем критериям. К недостаткам модели эталонного сравнения относится требование большого объема входной информации.
В результате проделанной работы в фирме ООО «Норма ИС», разработаны ситуационные модели принятия оперативных решений на основных направлениях доставки для минимального времени окончания оставшихся работ, корректировке опорного плана и выборе нового маршрута доставки. Преимуществами данного подхода к моделированию и исследованию транспортных сетей в пакете AnyLogic является простота и наглядность построения сети, возможность расширения и усовершенствования модели пользователем. Время создания модели транспортной сети зависит от ее объема. Построение транспортных сетей и проведение несложных экспериментов с ними может быть выполнено даже не имеющим специальной подготовки пользователем.
Разработана ситуационная модель принятия оперативных решений специалистом при
возникновении непредвиденной ситуации,
корректировке ситуации и выборе нового продолжения работы логистической системы, обучении необходимым квалификационным навыкам и принятия решений на основе имитационного моделирования транспортно-логистических систем, моделируемых в среде AnyLogic, ExtendSim8 и «Business Map». Алгоритм состоит из взаимосвязанных этапов, таких как содержательная постановка задачи, разработка концептуальной модели; разработка и программная реализация имитационной модели, оценка адекватности модели и точности результатов моделирования, планирование
экспериментов; принятие решений, что позволяет проверить и оценить квалификацию специалистов по времени решения логистической системы
Библиография
конференции «Имитационное и комплексное моделирование морской техники и морских транспортных систем» - «ИКМ МТМТС2019» // ISBN 978-5-902241-28-7 // АО «Центр технологии судостроения и судоремонта», Санкт-Петербург, 2019, с. 182-186. 5 Фараонов А.В. Ситуационное моделирование как метод подготовки специалистов в области принятия эффективных управленческих решений/Труды девятой всероссийской научно-практической конференции по имитационному моделированию и его применению в науке и промышленности «Имитационное моделирование. Теория и практика» (ИММОД-2019)//ISBN 978-5-91450-172-0. С. 249-252.
Decision making in management tasks transport streams of rocket and space technology based on a fuzzy situational
A.V. Faraonov
Abstract — The transportation of space rocket products is an integral part of the technological process of preparing for the launch and launch of space rockets. Many years of experience in the field of rocket and space technology shows that the process of preparing space rockets and their components for their intended use at space centers remains a long and laborious process. This is due to the design features of modern space rockets and the technology of their preparation for launch. The high price for improper actions or the unskilled execution of technological operations for the transport support of rocket and space systems determines the high requirements for the level and quality of transport and logistics services. In this connection, the problem of scientific substantiation of the organization of the control system for the transport flows of rocket and space products arises. In [1,2], methods of ground-based logistic analysis based on optimization of a linear programming network were proposed. The situational model for making operational decisions during the transportation of space rocket products is considered as an integral part of the safe process of preparation for launch. The problem of multi-criteria selection of a new delivery route under uncertainty based on the theory of fuzzy sets is being solved. Alternatives to multiple routes are ranked and the best alternative to a new route based on fuzzy sets is selected.
References
[Jelektronnyj resurs]. M.: Institut problem upravlenija im. V.A. Trapeznikova RAN, 2014.S.5101-5113.
