Моделирование работы парка прибытия железнодорожной станции
Loading...
Date
2017
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
RUS: Цель. Имитационное моделирование работы станции является одним из основных методов изучения ее работы, позволяющее получить качественные и количественные показатели станции и оценить эффективность ее функционирования. Возникшая задача повлекла исследование и разработку метода моделирования парка прибытия железнодорожных станций с помощью конечных автоматов разных типов, что и является целью данной статьи. Методика. Для описания работы станции в статье применяется расширенный вариант диаграмм Харела, предназначенных для описания конечного автомата. В качестве методов исследования используются методы объектно-ориентированного проектирования, конечных автоматов и теории систем массового обслуживания. Графическое представление технологического процесса реализовано с помощью унифицированного языка моделирования UML. Представление технологического процесса железнодорожной станции реализовано в виде диаграмм состояний и действий программного комплекса IBM Rational Rose. Диаграммы описывают иерархическую организацию конечных автоматов, а также последовательности работ различной степени детализации. Результаты. Предложенная методика позволит с помощью диаграмм Харела строить имитационные модели железнодорожных станций. Ценность предложенного метода состоит в том, что модель представляет собой иерархически организованную совокупность взаимодействующих конечных автоматов, при этом сложная модель на каждом уровне иерархии сохраняет простую и обозримую структуру. Сигналы о начале и окончании работ, которые генерируют при переходе между состояниями, позволяют синхронизовать работу модели, а использование действий при описании состояний и сигналов (расширение, предоставляемое языком UML) позволяет использовать внешние алгоритмы там, где конечно-автоматный формализм становится неудобен. В качестве примеров приведены конечные автоматы, моделирующие работу приёмо-отправочного парка железнодорожной станции. Описанная методология реализована средствами языка UML, что существенно облегчает представление и восприятие модели станции. Научная новизна. Впервые предложено применение иерархических конечных автоматов к моделированию работы станции. Иерархическое представление позволяет моделировать работу станции методом перехода от общего к частному, избежав ошибок при моделировании и получив более достоверные эксплуатационные показатели работы станции. Практическая значимость. Модель железнодорожной станции предназначена для решения задач оперативного планирования и оптимизации работы станции. Кроме этого, предложенный метод позволит упростить графическое представление станции при моделировании технологических процессов.
UKR: Мета. Імітаційне моделювання роботи станції є одним з основних методів вивчення її роботи, що дозволяє отримати якісні і кількісні показники станції і оцінити ефективність її функціонування. Виникла задача спричинила дослідження і розробку методу моделювання парку прибуття залізничних станцій за допомогою кінцевих автоматів різних типів, що і є метою даної статті. Методика. Для опису роботи станції в статті застосовується розширений варіант діаграм Харела, призначених для опису скінченного автомата. В якості методів дослідження використовуються методи об'єктно-орієнтованого проектування, скінченних автоматів і теорії систем масового обслуговування. Графічне представлення технологічного процесу реалізовано за допомогою уніфікованої мови моделювання UML. Представлення технологічного процесу залізничної станції реалізовано у вигляді діаграм станів і дій програмного комплексу IBM Rational Rose. Діаграми описують ієрархічну організацію скінченних автоматів, а також послідовності робіт різного ступеня деталізації. Результати. Запропонована методика дозволить за допомогою діаграм Харела будувати імітаційні моделі залізничних станцій. Цінність запропонованого методу полягає в тому, що модель являє собою ієрархічно організовану сукупність взаємодіючих скінченних автоматів, при цьому складна модель на кожному рівні ієрархії зберігає просту і доступну для огляду структуру. Сигнали про початок і закінчення робіт, які генерують при переході між станами, дозволяють синхронізувати роботу моделі, а використання дій при описі станів і сигналів (розширення, що надається мовою UML) дозволяє використовувати зовнішні алгоритми там, де звичайно-автоматний формалізм стає незручний. Як приклад наведено скінченні автомати, що моделюють роботу приймально-відправних парку залізничної станції. А методологія що реалізована засобами мови UML дозволяє істотно полегшити уявлення і сприйняття моделі станції. Наукова новизна. Вперше запропоновано застосування ієрархічних скінченних автоматів до моделювання роботи станції. Ієрархічне представлення дозволяє моделювати роботу станції методом переходу від загального до детального, уникнувши помилок при моделюванні і отримавши більш достовірні експлуатаційні показники роботи станції. Практична значимість. Модель залізничної станції призначена для вирішення завдань оперативного планування і оптимізації роботи станції. Крім цього, запропонований метод дозволить зменшити витрати часу для графічного представлення станції при моделюванні технологічних процесів.
ENG: Purpose. Simulation modeling of the station is one of the main methods of studying its work, which allows to obtain qualitative and quantitative indicators of the station and to assess the effectiveness of its operation. This task entailed researching and developing a method for modeling the arrival park of railway stations using finite state machines of various types, which is the purpose of this article. Method. To describe the work of the station, an extended version of the Harel diagrams used to describe a finite automaton is used in the article. As research methods, methods of object-oriented design, finite automata, and the theory of mass service systems are used. The graphical representation of the technological process is realized with the help of a unified UML modeling language. Representation of the technological process of the railway station is realized in the form of diagrams of states and actions of the software complex IBM Rational Rose. Chart describes the hierarchical organization of finite automata, as well as the sequence of works of varying degrees of detail. Results. The proposed technique will allow using the Harel diagrams to build simulation models of railway stations. The value of the proposed method consists in the fact that the model represents a hierarchically organized set of interacting finite automata, with this complex model at each level of the hierarchy retains a simple and accessible for review structure. The signals about the start and end of work that are generated in the transition between the states allow synchronizing the work of the model, and the use of actions in the description of states and signals (the extension provided in the language UML) allows the use of external algorithms where the usual automatic formality becomes uncomfortable. As an example, finite automata that simulate the work of the receiving and sending park of the railway station are shown. A methodology implemented by means of the language UML allows significantly simplify the representation and perception of the model station. Scientific novelty. As a result of the study was first proposed use of hierarchical finite automata to modeling work station. A hierarchical representation allows you to simulate the work of the station by the method of transition from general to detailed, avoiding errors in modeling and obtaining more reliable operational performance of the station. The practical significance. Model of the railway station allows to solve problems of operational planning and optimization of the station. In addition, the proposed method will reduce the time expenditures for the graphical representation of the station during the simulation of technological processes.
UKR: Мета. Імітаційне моделювання роботи станції є одним з основних методів вивчення її роботи, що дозволяє отримати якісні і кількісні показники станції і оцінити ефективність її функціонування. Виникла задача спричинила дослідження і розробку методу моделювання парку прибуття залізничних станцій за допомогою кінцевих автоматів різних типів, що і є метою даної статті. Методика. Для опису роботи станції в статті застосовується розширений варіант діаграм Харела, призначених для опису скінченного автомата. В якості методів дослідження використовуються методи об'єктно-орієнтованого проектування, скінченних автоматів і теорії систем масового обслуговування. Графічне представлення технологічного процесу реалізовано за допомогою уніфікованої мови моделювання UML. Представлення технологічного процесу залізничної станції реалізовано у вигляді діаграм станів і дій програмного комплексу IBM Rational Rose. Діаграми описують ієрархічну організацію скінченних автоматів, а також послідовності робіт різного ступеня деталізації. Результати. Запропонована методика дозволить за допомогою діаграм Харела будувати імітаційні моделі залізничних станцій. Цінність запропонованого методу полягає в тому, що модель являє собою ієрархічно організовану сукупність взаємодіючих скінченних автоматів, при цьому складна модель на кожному рівні ієрархії зберігає просту і доступну для огляду структуру. Сигнали про початок і закінчення робіт, які генерують при переході між станами, дозволяють синхронізувати роботу моделі, а використання дій при описі станів і сигналів (розширення, що надається мовою UML) дозволяє використовувати зовнішні алгоритми там, де звичайно-автоматний формалізм стає незручний. Як приклад наведено скінченні автомати, що моделюють роботу приймально-відправних парку залізничної станції. А методологія що реалізована засобами мови UML дозволяє істотно полегшити уявлення і сприйняття моделі станції. Наукова новизна. Вперше запропоновано застосування ієрархічних скінченних автоматів до моделювання роботи станції. Ієрархічне представлення дозволяє моделювати роботу станції методом переходу від загального до детального, уникнувши помилок при моделюванні і отримавши більш достовірні експлуатаційні показники роботи станції. Практична значимість. Модель залізничної станції призначена для вирішення завдань оперативного планування і оптимізації роботи станції. Крім цього, запропонований метод дозволить зменшити витрати часу для графічного представлення станції при моделюванні технологічних процесів.
ENG: Purpose. Simulation modeling of the station is one of the main methods of studying its work, which allows to obtain qualitative and quantitative indicators of the station and to assess the effectiveness of its operation. This task entailed researching and developing a method for modeling the arrival park of railway stations using finite state machines of various types, which is the purpose of this article. Method. To describe the work of the station, an extended version of the Harel diagrams used to describe a finite automaton is used in the article. As research methods, methods of object-oriented design, finite automata, and the theory of mass service systems are used. The graphical representation of the technological process is realized with the help of a unified UML modeling language. Representation of the technological process of the railway station is realized in the form of diagrams of states and actions of the software complex IBM Rational Rose. Chart describes the hierarchical organization of finite automata, as well as the sequence of works of varying degrees of detail. Results. The proposed technique will allow using the Harel diagrams to build simulation models of railway stations. The value of the proposed method consists in the fact that the model represents a hierarchically organized set of interacting finite automata, with this complex model at each level of the hierarchy retains a simple and accessible for review structure. The signals about the start and end of work that are generated in the transition between the states allow synchronizing the work of the model, and the use of actions in the description of states and signals (the extension provided in the language UML) allows the use of external algorithms where the usual automatic formality becomes uncomfortable. As an example, finite automata that simulate the work of the receiving and sending park of the railway station are shown. A methodology implemented by means of the language UML allows significantly simplify the representation and perception of the model station. Scientific novelty. As a result of the study was first proposed use of hierarchical finite automata to modeling work station. A hierarchical representation allows you to simulate the work of the station by the method of transition from general to detailed, avoiding errors in modeling and obtaining more reliable operational performance of the station. The practical significance. Model of the railway station allows to solve problems of operational planning and optimization of the station. In addition, the proposed method will reduce the time expenditures for the graphical representation of the station during the simulation of technological processes.
Description
А. Горбова: ORCID 0000-0002-5612-2715
Keywords
технологический процесс, конечный автомат, диаграмма состояний, диаграмма Харела, язык UML, технологічний процес, кінцевий автомат, діаграма станів, діаграма Харела, мова UML, technological process, finite state machine, state diagram, Harel’s diagram, language UML, КІТ
Citation
Горбова, А. В. Моделирование работы парка прибытия железнодорожной станции / А. В. Горбова // Транспортні системи та технології перевезень : зб. наук. пр. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. Лазаряна. – Дніпро, 2017. – Вип. 13. – С. 19–25. – DOI: 10.15802/tstt2017/110765.