Шульц В.А. –  доцент,  к.т.н.,  Казахская академия транспорта и коммуникаций им.  М.Тынышпаева (г. Алматы, Казахстан)  Сансызбай  К.М.  –

 

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ,  

ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА 

ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ 

_____________________________________________________________________________ 

 

 

424 

 

 

функционирования ПО МСДУ. Тогда дляL T S обобщенный показатель безотказности ПО 

МСДУР

БП0

 задается функционалом 

 

)},

(

),

(

),

(

),

(

{

)

(

FP

Р

Н

P

IP

Р

P

P

f

YP

P

БПО

БПО

БПО

пр

БПО

БПО



                 

(2) 

 

где  его  компоненты  -  вероятности  того,  что  соответствующий  элемент  локальной 

трудовой подсистемыL T S

1

обеспечивает достижение поставленной цели. 

В  соответствии  с  предложенными  ранее  методами  системного  анализа  качества 

проектирования  МСДУ  оценка  безотказности  ПО  будет  заключаться  в  оценке  влияния 

элементовР

пр

и H на безотказностьY P ,  а также показателей 

качества  ТПI P иF P с  точки  зрения  безотказности  продукта  проектирования.  Эти 

показатели 

могут 

быть 

получены 

с 

помощью 

аппарата 

функциональных, 

информационных или семантических цепей [1]. 

Качество проектирования МСДУ оценивается в виде оптимизационной задачи: 



















),

(

)

(

);

(

)

(

);

(

)

(

FP

T

FP

T

FP

C

FP

C

YP

P

YP

P

д

y

y

д

y

y

д

БПО

БПО

                                             (3) 

 

где:

)

(FP

C

y

  –  средние  затраты  на  проектирование  ПО  конкретной  МСДУ;  T

y

( F P )  – 

среднее 

время 

ТП 

проектирования 

ПО 

МСДУ; 

)

(

),

(

,

FP

T

FP

С

P

д

у

д

у

д

БПО

 

соответствующие  минимальные  или  максимальные  значения  оцениваемых  параметров, 

заданные заказчиком. 

Опыт,  накопленный  при  проектировании  СДУ  «Диалог»,  систем  «Диалог-МС»  и 

«Диалог-Ц», показал, что в условиях, когда ТП проектирования МСДУ отлажен и имеется 

достаточное  число  реализованных  на  практике  проектов,  при  создании  нового  ПО 

используются фрагменты и блоки ранее разработанных и протестированных программных 

средств управления, используемых в действующих МСДУ. 

Таким  образом,  проектирование  ПО  МСДУ  фактически  заключается  не  в 

разработке  нового  ПО,  а  в  переработке  отлаженного  комплекса  программных  средств  с 

учетом  отличий  реализованного  варианта  ПО  от  спецификаций,  заданных  для  нового. 

Такой принцип проектирования ПОсистем управления назовем вариационным, а комплекс 

программных средств, используемый в качестве базового, - прототипом ПО [17]. 

Технологию  вариационного  проектирования  ПО  МСДУ  можно  разделить  на 

несколько этапов: 

- 

анализ  спецификаций  реализуемого  проекта  ПО  МСДУ  на  основе 

технологического  задания,  выделения  типовых  и  нетиповых  блоков  алгоритма 

управления; 

-  выбор  по  множеству  заданных  критериев  из  перечня  ранее  разработанных 

программных средств, реализующих аналогичные задачи, прототипа ПО МСДУ; 

-  разработка  на  основе  выбранного  прототипа  нового  ПО  МСДУ  путем 

исправления и дополнения базового ПО в соответствии с новыми спецификациями. 

Целесообразность  использования  вариационного  проектирования  ПО  МСДУ 

обосновывается,  прежде  всего,  экономическими  причинами.  Вместе  с  тем,  уровень 

 

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ,  

ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА 

ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ 

_____________________________________________________________________________ 

 

 

425 

 

 

надежности ПОавтоматизированных систем управления неразрывно связан со стоимостью 

их  проектирования.  Известно,  что  на  ПО  приходится  от  70%  до  90%  стоимости 

разработки новой МСДУ [2]. 

Например, в 1983-1990 гг. в США на ПО военного назначения было затрачено 130 

млрд.  дол.,  из  них  70%  -  на  поиск  и  исправление  ошибок].Поэтому,  учитывая  рост 

вероятности безотказной работы ПО с течением времени его эксплуатации, использование 

ПО  реализованных  ранее  проектов  МСДУ  является  эффективным  средством 

безошибочного проектирования. 

Вариационное  проектирование  ПО  МСДУ  требует  решения  множества 

}

,...,

{

1

m

E

E

E



 локальных задач проектирования МСДУ. 

Задача Е1. Необходимо разработать и обосновать номенклатуру критериев выбора 

базовой программы из множества альтернативных вариантов. При этом выбор прототипа 

должен удовлетворять решению задачи оптимизации: 

 

















.

min

)

(

min;

)

(

;

1

)

(

FР

T

FP

C

P

P

у

у

пр

БПО

                                                         (4) 

 

Задача  E2.  Необходимо  разработать  такую  методику  проектирования  ПО  МСДУ, 

при которой разработанный программный продукт УР заранее соответствовал бы условию 

max

)

(



пр

БПО

Р

Р

  для  его  дальнейшего  использования  в  качестве  прототипа  новых 

программ, т.е. представлял бы собой стандартизированную модель ПО МСДУ. 

Задача ЕЗ. Требует научного обоснования методика преобразования прототипаР

пр

 в 

программный  продукт  УР,  позволяющая  свести  к  минимуму  затраты  на  дополнительное 

тестирование ПО МСДУ, т.е.

max

)

(



пр

БПО

Р

Р

.  

Такой подход позволит строить МСДУ на основе унифицированных решений ПО, 

что  приведет  к  снижению  его  стоимости  за  счет  серийного  проектирования 

алгоритмических и программных средств. 

В  соответствии  с  поставленной  целью  проектирования  ПО  МСДУ 

max

)

(



пр

БПО

Р

Р

  задача  создания  ПО  на  основе  прототипаР

пр

  может  быть 

сформулирована в виде двойственной задачи оптимизации. 

 





















.

)

(

;

)

(

max;

)

,

,

,

(

)

(

д

y

y

д

y

y

пр

БПО

БПО

T

FP

T

C

YP

C

FP

H

IP

Р

P

YP

P

                   (5) 

 

Таким образом, решение множества локальных задач Е проектирования ПО МСДУ 

сводится  к  задаче  управления  свойствами  элементов  системы  L T S ,  при  котором  цель 

системы  остается  неизменной,  но  требуемым  образом  изменяются  показатели 

качестваР

впо

, стоимости С

у

 и трудоемкости Т

у

 достижения цели системы [2]. 

 

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ,  

ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА 

ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ 

_____________________________________________________________________________ 

 

 

426 

 

 

Для  решения  множества 

}

{Ei

Е



  задач  вариационного  проектирования  ПО 

МСДУ произведем анализ структуры S и базы данных F ПО МСДУ, на основе которого в 

соответствии  с  номенклатурой  критериев  выбора  базовой  программы  Р  построим 

унифицированную  модель  ПО  МСДУ.  Структура  рабочего  ПО  МСДУ  представлена  на 

рис. 3.2 и состоит из следующих блоков. 

 

 

Рисунок 1. Структура  рабочего места поездного диспетчера МСДУ 

 

Б1  –  объектов  контроля  и  управления,  предназначен  для  хранения  перечня 

объектов контроля и управления и описания их взаимосвязи. 

Б2 – декодирования ТС, предназначен для обработки сигналов ТС, поступающих с 

ЛП. 

БЗ – формирования ТУ, предназначен для формирования сигналов ТУ и 

ЦС. 

Б4  –  выделения  изменений,  предназначен  для  динамического  отслеживания 

изменения состояния объектов, произошедших за последний цикл опроса ЛП 

Б5 – выделения команды ТУ в сигнале ТС, предназначен для выделения из сигнала 

ТС  команды  ТУ,  передаваемой  с  участка  от  АРМ  энергодиспетчера  и  АРМ 

электромеханика, а также для проверки правильности команды ТУ. 

Б6  –  проверки  логических  условий,  предназначен  для  исключения  формирования 

команд ТУ, которые противоречат условиям безопасности движения поездов.  

Т

У 

Т

С 

Объекты контроля и управления 

Декодирования ТС           Формирования ТУ 

Выделения 

изменений в ТС 

Выделение 

ТУ в ТС 

Проверка логических 

условий 

Обработка 

команд ТС 

Диалог с 

диспетчером  

Управление 

движением   

Оценка поездной 

ситуации 

Оперативный 

прогноз 

Отображение 

поездной ситуации 

Контроль, учет, 

статистика  

 

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ,  

ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА 

ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ 

_____________________________________________________________________________ 

 

 

427 

 

 

Б7 – обработки сигналов ТС, предназначен для восстановления последовательности 

во времени изменений состояний объектов контроля, при ее нарушении из-за дискретного 

поступления информации от ЛП. 

Б8 – организации диалога с диспетчером, предназначен для фиксирования команд 

ДНЦ, а также выдачи оперативных сообщений, рекомендаций и подсказок. 

Б9  –  управления  движением,  предназначен  для  формирования  сигналов  ТУ  в 

соответствии  с  командой  ДНЦ  и  информацией,  поступающей  от  блока  оперативного 

прогноза. 

Б10  –  оценки  поездной  ситуации,  предназначен  для  подготовки  данных, 

поступающих  в  блок  оперативного  прогноза  о  состоянии  объектов  контроля  и  поездной 

ситуации на участке. 

Б11  –  оперативного  прогноза,  предназначен  для  прогнозирования  поездной 

ситуации  и  формирования  предварительных  команд,  поступающих  в  блок  управления 

движением. 

Б12  –  отображения  поездной  ситуации,  предназначен  для  отображения  и 

обновления визуальной информации на мониторах. 

Б13  –  контроля,  учета  и  статистики,  предназначен  для  формирования, 

протоколирования,  статистической  обработки  и  хранения  информации,  получаемой  в 

результате работы АРМ ДНЦ. 

Будем  рассматривать  каждый  j - ы й   блок  Б

j

  в  виде  изолированной  модели, 

реализующей  булевую  функцию

)

(x

f

y



  где 

}

,...,

{

1

n

x

x

x



  –  множество  входных 

переменных  блокаБ

j

,

}

,...,

{

1

m

y

y

y



  -  множество  выходных  переменных.  Введем  для 

блока  Б

/

  набор  признаков  (показателей),  характеризующих  его  качество  с  точки  зрения 

вариационного проектирования ПО МСДУ. 

Признак  вариативности  –  характеризует  количество  различных  реализаций  j-г о  

блока (множества различных булевых функций 

)},

(

),...,

(

),

(

{

2

1

x

f

x

f

x

f

F

Bj





используемых  при  проектировании  ПО  МСДУ; 

оценивается показателем вариативности 

,





j

B

 где 



 – мощность множества 

Bj

F

. 

Показатель  относительной  вариативности  -  соответствует  вероятности 

OBji

P

того, 

что при проектировании ПО МСДУ будет реализована функция f(x) из множества 

Bj

F

. 

Признак  гомоморфизма  данных  [3]  -  характеризует  отличие  множества  входных 

переменных

}

,...,

{

1

m

i

i

x

x

x



 при реализации функции f

i

( x ) из множества

Bj

F

 от множеств 

входных  переменных  при  реализации  других  функций  множества  F

Bj

;  количественно 

оценивается с помощью коэффициента гомоморфизма данных 

 

,

}

,...,

min{

1

N

x

x

Bj







 

                                                   (6) 

 

Очевидно,  что  каждый  реализуемый  проект  МСДУ  различается  количеством  и 

названиями  станций,  объектов  управления  и  контроля  на  них,  путевым  развитием, 

схемами  управления  и  т.д.  Поэтому  в  общем  случае  для  блока  Б1  имеем,  что 

;

0

;

0

;

1

1







B

OBli

P

B



  т.е.  база  данныхF произвольного  проекта  ПО  МСДУ  не 

определена. 

 

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ,  

ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА 

ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ 

_____________________________________________________________________________ 

 

 

428 

 

 

Рассмотрим функции индикации сигналов ТС и формирования команд ТУ с точки 

зрения выделенных признаков. Анализ структуры S ПО МСДУ показывает, что для блоков 

Б2; Б4; Б7, Б12 показатели

const

P

const

B

OBji

j





,

 т.к. выбор функции

)

(

2 x

i

f

для блока Б2 

предполагает полностью коррелированный выбор соответствующих функций в блоках Б4, 

Б7  и  Б12.  Поэтому  будем  рассматривать  блок  Б

ТС

  (блок  индикации  сигналов  ТС)  как 

композицию блоков Б2, Б4, Б7 и Б12 с единой логической функцией из множестваF

BTC

. 

Аналогично для функции реализации команд ТУ заменим композицию блоков БЗ, 

Б6  и  Б9  блоком  Б

т у

  (блок  реализации  команд  ТУ)  с  единой  логической  функцией  из 

множества Б

вту

. 

На основе статистических данных, полученных при проектировании систем МСДУ 

«Диалог»,  в  табл.  3.1  и  3.2.  приведены  значения  показателей  вариативностиВ'

ту

  иВ'

тс

 

соответственно для  г - ы х  алгоритмических модулей (АМ1), образующих блокиБ

ту

 иБ

т с

,  

а  также  значение  показателей  относительной  вариативности 

1



ij

OB

P

  и 

0



ij

OB

P

соответственно  для  каждого  j-говарианта  реализации  i  -го  алгоритмического  модуля 

блоков Б

ГУ

 иБ

тс

 [3]. Для удобства описания в таблицах использована сплошная нумерация 

алгоритмических модулей. 

Значения  показателейВ'

ту

  иВ'

тс

,  приведенные  в  табл.  3.1  и  3.2,  зависят  от 

количества используемых вариантов технической реализации схем управления и контроля 

на ЛП различных диспетчерских участков. Варианты алгоритмических модулей i = 1, i = 2 

и i = 14 (в дальнейшем соответственно АМ

1

, АМ

2

 и АМ

14

) различаются наличием команд 

ТУ для поездных маршрутов (j= 1) и для маневровых маршрутов на ЛП ( т а б л и ц а   1 ) .  

 

Таблица  1.  Показатели  вариативности  структуры  ПО  МСДУ  «Диалог»  при 

формировании команд телеуправления 

 

№ 

алгоритми-

ческого 

модуля (i)  

Перечень 

алгоритмических 

модулей блока реализации команд 

ТУ Б

ТУ 

Значение 

показателей  

i

ТУ

B

 

Значение 

показателя 

Р

ТУ

ij 

Вариант 

№1(j=1) 

Вариант 

№2(j=2) 

1 

Задание маршрута  

2 

0,77 

0,23 

2 

Отмена маршрута 

2 

0,77 

0,23 

3 

Вспомогательная 

смена 

направления  

2 

0,81 

0,19 

4 

Перевод стрелка 

2 

0,69 

0,31 

5 

Выбор  режима  автоматического 

задания  маршрутов,  пакетного 

графика на станции 

1 

1 

- 

6 

Выбор 

режима 

сезонного 

управления на станции 

2 

0,37 

0,63 

7 

Выбор 

режима 

резервного 

управления на станции 

1 

1 

- 

8 

Вызовы и включения на станции 

1 

1 

- 

9 

Открытие и закрытие переезда на 

станции 

1 

1 

- 

10 

Разрешение отправления  

 

1 

1 

- 

 

МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ,  

ПОСВЯЩЕННОЙ 135-ЛЕТИЮ М. ТЫНЫШПАЕВА 

ТРАНСПОРТ В XXI ВЕКЕ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ 

_____________________________________________________________________________ 

 

 

429 

 

 

11 

Управление энергообъектами 

Бесконечно 

большое 

Не 

определено 

Не 

определено 

12 

Отключение 

и 

включение 

телесигнализации на станции 

1 

1 

- 

 

Алгоритмические  модули  АМ

3

  и  АМ

21

  имеют  два  варианта  реализации  в 

зависимости от использования в МСДУ «Диалог» устройств ЛП ДЦ «Нева» (j=1) или ДЦ 

«Луч» (j=2 ) .  

Варианты алгоритмических модулей АМ

4

 и АМ

20

 различаются способом контроля 

положения  стрелок:  в  первом  случае  (j=1)  осуществляется  индивидуальный  контроль 

положения  всех  стрелок  по  плану  станции;  во  втором  варианте  (j=2)  контролируется 

положение только стрелок, входящих в трассу маршрута. Алгоритмический модуль АМ

6

 

имеет  различную  структуру  в  зависимости  от  способа  передачи  станции  с  сезонного  на 

диспетчерское управление. 

Разработка программного обеспечения микропроцессорных систем диспетчерского 

управления задается в виде локальной групповой подсистемы, где программные средства 

выбираются  в  качестве  прототипа  проектируемой  системы.  Технологию  вариационного 

проектирования необходимо разделить на несколько этапов. 

 

Литература 

 

1. Зингер К. Методы проектирования программных систем. -М.: Мир, 1985. 

2.  Крылов  А.Ю.,  Соловьев  ATI.,  Кициловский  A.B.  и  др.  Программный  комплекс 

диспетчерского управления «Диалог-Ц». //Автоматика, связь и информатика №7, 2001, с. 

29-31. 

3.  Сапожников  В.В.,  Христов  Х.А.,  Гавзов  Д.В.;  Под  ред.  Вл.В.  Сапожникова. 

Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики. 

- М.: Транспорт, 1995. 

 

жүктеу/скачать 8,29 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: