Тяга поездов: Учебное пособие. Часть 2, страница 37

В настоящее время такой метод является наиболее универсальным и эффек­тивным методом научного познания закономерностей природы и организации уп­равления. Он используется и для практических целей: изучения технологии; прогнозирования; оптимизации сложных нелинейных многопараметрических си­стем, исследование которых затруднено или невозможно традиционными матема­тическими методами. Следует, однако, предостеречь от ошибочного мнения о том, что математическое моделирование относится только к математической области знаний. Каким бы совершенством ни обладали ЭВМ и методы вычислений с их помощью, натурный эксперимент ничто не может заменить, он является крите­рием истинности и способом проверки адекватности модели и объекта, установ­ления границ, в пределах которых допустимо использовать модель. Видимо, ор­ганическому соединению натурного и вычислительного экспериментов принадле­жит ближайшее будущее в теории тяги поездов, в методах тяговых расчетов, в поисках оптимальных решений.

Моделирование должно включать три этапа: производство натурного экспе­римента и обработку результатов методами теории вероятностей и математиче­ской статистики; построение математической модели на основе многофакторного корреляционного анализа; отладка модели, вычислительного алгоритма, провер­ка адекватности модели изучаемым явлениям и исследование модели на ЭВМ и разработка конкретных практических рекомендаций для достижения цели. Не­обходимо отметить весьма важное обстоятельство: алгоритм не сводится к форму­ле, многие математические задачи невозможно решить, используя формулы. На­пример, Н. Абелем доказана неразрешимость уравнения пятой и более степени с помощью арифметических действий. Для определения разрешимости формул разработан ряд «теорем существования». Когда формулы «не работают», приме­няют вычислительный алгоритм, который основан на следующих процедурах: методом последовательных приближений (итераций) строят сходящийся беско­нечный процесс, который обрывается на некотором шаге и результат принимает­ся в качестве приближенного решения. Как показал опыт, этот метод является эффективным при решении оптимизационных задач и при обработке результатов натурного эксперимента. При разработке алгоритмов необходимо учитывать: исходные данные должны носить массовый характер и изменяться в некоторых пределах, что может быть обеспечено эксплуатационными тягово-энергетически-

251

ми испытаниями локомотивов; процесс переработки исходных данных должен обеспечивать определенность по отдельным дискретным шагам вычислений; ин­формацию о том, на каком шаге можно оборвать вычислительный процесс и результат считать решением, а установленное правило проверить — в каких ус­ловиях оно неверно, чтобы определить границы его существования.

Весьма выгодно создать типовые, универсальные алгоритмы для решения тя­говых задач в условиях различных железных дорог. При решении оптимиза­ционных задач сложных больших систем этот метод стал бы ключевым.

Проблема оптимизации движения  поезда.   Важность    проблемы не требует пояснений, а вот что оптимизировать, какие теоретические, технологические и организационные средства использовать для этой цели — требует размышлений.

Что оптимизировать в управлении движением поезда? При решении таких задач руководствуются двумя фундаментальными принципами: оптимальность выражается критерием эффективности, который обеспечивает выбор наиболее предпочтительного решения; достижение критерия эффективности ограничивает­ся условиями, при которых недопустимо идти дальше по пути повышения эффек­тивности. Критерий эффективности называют также целевой функцией, что ука­зывает на то, что оценка эффективности определяется степенью достижения цели.

Таким образом, задача управления движением поезда заключается в том, что­бы найти такое допустимое управление, при котором реализуется цель. При этом критерий эффективности должен достигать минимального или максимального зна­чения. Обычно стремятся минимизировать то, что связано с расходами — топли­ва, стоимости единицы продукции, расходами на ремонт; максимизировать то, что связано с производством продукта перевозочной работы, скорости доставки грузов и т. д. Целевая функция не должна включать противоречивые тенденции, например максимизировать объем перевозок при одновременной минимизации затрат, потому, что максимум и минимум этих функций не совпадают. Цели и ог­раничения могут быть различными. Например, оптимизация по минимуму рас­хода топлива или приведенных затрат может ограничиваться недопустимым сни­жением производительности; оптимизация по максимальной надежности может ограничиваться невыгодными межремонтными пробегами локомотивов и т. д. Определение цели управления становится важной задачей построения и функцио­нирования систем. Из числа многих целей выбирают одну, которой присваивают приоритет главной, а остальные считают частными или локальными целями. В таком случае частные цели достигаются в условиях локальных критериев оп­тимальности, работающих в пределах своих характеристик на главную цель. Локальные критерии оптимальности могут выполнять роль ограничений, на­кладываемых на главный критерий.

Важно отметить, что если усилия направлены только на выполнение главной цели, а локальные не учитываются или учитываются не в полной мере, то это мо­жет повлечь серьезные ошибки в управлении (например, выполнять план пере­возок любыми средствами, даже ценой массового выхода из строя тяговых элект­родвигателей локомотивов). Но и частные цели должны быть ранжированы по степени важности. Для этого прибегают к иерархическому построению целей по понижающимся уровням в виде так называемого дерева цели, каждой цели при­сваивается свой весовой коэффициент. Применительно к транспорту главной, стратегической целью следует признать полное удовлетворение народного хозяй­ства в перевозках путем повышения провозной способности дорог. Имеющей высший весовой коэффициент среди частных целей следует признать обеспече­ние надежности и безопасности движения, следующей — расход энергоресурсов на тягу поездов. Наиболее эффективным способом повышения провозной способ­ности дорог в настоящее время признано повышение весовых норм и вожде­ние соединенных поездов при ограничительных условиях не только по ресурсам, но и по надежности. В этом направлении, видимо, должен развиваться раздел те­ории тяги поездов — теория оптимизации движения.