[09-2023] Перспективы совершенствования АСУ локомотивного хозяйства

[Admin]

Перспективы совершенствования АСУ локомотивного хозяйства

И.К. ЛАКИН, д-р техн, наук, профессор РУТ, начальник ситуационно аналитического центра мониторинга и реагирования Дирекции по контролю качества эксплуатации подвижного состава АО «Трансмашхолдинг»

Термины «Цифровые технологии», «Умное предприятие», «Микропроцессорные системы» и даже «Искусственный интеллект» прочно вошли в лексикон журналистов. При этом мало кто готов пояснить точный смысл этих терминов. И тем более не многие возьмутся сформулировать чёткие правила внедрения автоматизированных систем управления (АСУ). В настоящей статье сделана попытка обсудить основные ошибки при внедрении информационных систем на примере локомотивного хозяйства. Сами информационные системы локомотивного хозяйства и перспективы их интеграции были описаны в статье журнала «Локомотив» № 6, 2023 г.

История становления информационных технологий начинается с момента изобретения в XVIII веке арифмометра (настольная и реже «карманная» механическая вычислительная машина для сложения, вычитания, умножения, деления) — сразу появилось желание запрограммировать последовательность вычислений и логических действий.
В арифмометрах использовалась привычная нам десятичная система исчисления. В XVIII — XIX веках Готфридом Лейбницем, Джорджом Булем и другими математиками создаётся совсем другая система исчисления — двоичная, состоящая из цифр 0 и 1, что очень удобно при современном программировании. Хотя любые математические действия используют цифры, именно двоичное исчисление стали называть цифровым.
Реальные теоретические основы двоичного программирования были заложены Чарльзом Бэббиджем в XIX веке, даже была попытка создания универсальной цифровой вычислительной машины (рис. 1). Но только в 1936 г. Алану Тьюрингу удалось сформулировать абстрактные правила работы «Машины Тьюринга», лежащие в основе работы всех современных электронных вычислительных машин (ЭВМ). В 1940 г. им была создана первая ЭВМ Turing Bombe (рис. 2), которая во время Второй мировой войны позволяла расшифровывать перехваченные немецкие шифрованные сообщения. Параллельно с Англией, ЭВМ разрабатывали в Германии и США, где в 1947 г. была создана ЭВМ «Марк-2» (рис. 3), которую многие считают первой ЭВМ. Именно с этой ЭВМ начинается создание вычислительных центров, входит в оборот термин «АСУ» — автоматизированная система управления.
Несколько десятилетий ЭВМ оставались в вычислительных центрах и для узких IT-специалистов (Information Technologies). Настоящий прорыв в вычислительной технике произошёл после изобретения в компании Intel (США) микропроцессора в 1970 — 1972 гг. Уже в 1976 г. появляется первая массовая микро-ЭВМ — компьютер Apple. После изобретения в 1982 г. компанией IBM собственной микро-ЭВМ под названием «Персональный Компьютер» (ПК) начинается новая эра ЭВМ, когда на ПК стали работать не только IT-специалисты, но и специалисты в самых разных отраслях знаний. Название ПК (PC) оказалось настолько удачным, что оно стало применяться практически ко всем ЭВМ.
Широкое распространение компьютеров буквально за 20 лет привело к их проникновению во все области жизнедеятельности. Решается задача перейти к полностью безбумажным технологиям. Один из уникальных результатов — опыт фирмы Boeing, строящей последние свои самолёты без единого бумажного конструкторского документа (все самолеты, начиная с Boeing-767).

Последнее время в моду вошли термины «Цифровое предприятие», «Цифровая железная дорога» и даже «Умное предприятие» (от неудачного перевода слова «smart», которое лучше бы перевести как «интеллектуальный»). Компьютерные технологии стали неотъемлемой частью нашей жизни в быту и на производстве, в управлении государством и компаниями.
Одновременно с ЭВМ развивалась теория автоматического управления сначала механическими системами, потом паровыми и электрическими, а позже электронными и микропроцессорными. В 1948 г. выдающийся американский учёный Норберт Винер основал отдельную науку об автоматизированных системах управлении (АСУ) — кибернетику (Управление и коммуникация у животных и машин). Слово «кибернетика» в 1960-е годы становится невероятно популярным. Позже на смену пришёл термин «автоматика и телемеханика». Но остаётся главным принцип: автоматическое управление невозможно без отрицательной обратной связи. В природе, в человеке и человеческом обществе, в производстве и в любой системе можно говорить об автоматизации, если управляющие решения принимаются путем сравнения задания с полученным результатом.
В рамках кибернетики стал развиваться ряд направлений автоматизации, многие из которых стали самостоятельными. Например, изготовление датчиков как устройств, преобразующих измеряемую физическую величину в электрический сигнал (обратные связи). Невероятными темпами развивается распознавание образов, часто называемое промышленным зрением. Отдельно, но не так успешно, развивается дополненная реальность, когда на реальное изображение накладывается (через очки, экран и др.) изображение с полезной информацией. Отдельно развивается «виртуальная реальность», позволяющая ощутить себя в искусственном мире.
В 60 — 70 годы прошлого столетия кибернетика и ЭВМ пересеклись и стали единой отраслью знаний. Возникло очень популярное сейчас понятие «искусственный интеллект» (ИИ). Однако следует отметить, что до реального ИИ ещё очень далеко. Достаточно почитать произведения фантаста Айзека Азимова, чтобы понять будущие проблемы взаимодействия человека и робота. Только сейчас наука и промышленность подходят к необходимости узаконить придуманные фантастом «три закона робототехники»: робот не может навредить людям; робот должен исполнять все приказы человека, если это не противоречит первому закону; робот должен защищать себя, если это не противоречит первым двум законам. Интересно здесь вспомнить и про «разум вычислительной машины», который А. Тьюринг предложил определять путем слепого теста: человек взаимодействует одновременно с подопытными человеком и ЭВМ и должен понять, кто из них ИИ. До этого тоже достаточно далеко.

Несмотря на ограниченные возможности современных ЭВМ, есть чёткое понимание, как должна создаваться АСУ. Тут есть и отечественный опыт, заложенный В.М. Глушковым. Именно им ещё в 1966 г. была разработана первая отечественная персональная ЭВМ «Мир-1», а его принципы автоматизации по-прежнему актуальны. В настоящее время АСУ имеют ряд направлений: АСУ для управления техникой, АСУ технологическими процессами (АСУТП), АСУ проектирования (САПР), АСУ предприятий (ERP, MES и др.). Теория АСУ предприятий достаточно проработана. В интернете можно найти массу самого разнообразного материала различной степени сложности и подробности.
В России, в локомотивном хозяйстве ОАО «РЖД» успешно внедряются информационные технологии, на базе которых строятся и АСУ. Имеются существенные достижения, перспективы развития. Внедрение информационных технологий на железнодорожном транспорте началось в конце 1960-х годов под руководством академика А.П. Петрова. И сразу же был взят курс на создание АСУ железнодорожного транспорта (кибернизацию транспорта), получившей название «АСУЖТ». Принципы АСУЖТ остаются в основе информационных технологий ОАО «РЖД». Несмотря на успешное и часто опережающее внедрение информационных технологий в ОАО «РЖД», имеется и ряд ошибок при реализации АСУ.
В трудах древнекитайского философа Лао-цзы (4-й век до нашей эры) есть рассуждения «о ста заболеваниях» от обратного — как нельзя себя вести, чтобы не заболеть. Например: «В гневе желать кому-то смерти — это болезнь», «Будучи сильным и влиятельным, предаваться лени — это болезнь», «Делая зло людям, радоваться себе — это болезнь», «Делая добрые дела, ждать воздаяния — это болезнь». Аналогично хотелось бы перечислить основные проблемы внедрения АСУ в локомотивном хозяйстве, используя слоганы — лаконичные фразы, выражающие суть информации.
Если новыми средствами решаются старые задачи — это не АСУ. Это один из основополагающих принципов АСУ В.М. Глушкова. К сожалению, очень часто с помощью ЭВМ повторяют старую технологию работы, что недопустимо. Так, предыдущие методы были рассчитаны на ручную обработку информации. Например, планы и отчёты формировались раз в месяц, квартал, год, потому что требовали много времени. При переносе этой технологии в АСУ передавались и недостатки. Например, контроль часов работы машиниста: если в первый день месяца он съездил в поездку, у него 200 % выработки, если нет — 0 %. И такая неразбериха длилась дней 10. Если же контролировать работу за последние 30 дней (что было физически невозможно при ручной технологии), то всегда будет точная информация о загрузке локомотивных бригад.

Аналогичная ситуация сложилась с планированием технического обслуживания и ремонта (ТОиР) с расчётом показателей надёжности локомотивов. При внедрении АСУ нельзя копировать предыдущий технологический процесс.
Если первичная информация находится на бумажном носителе или в формате Word, Excel и др. — это не АСУ. Ещё при внедрении первого автоматизированного рабочего места (АРМ) нарядчика локомотивных бригад в 1988 г. авторы АРМ ТЧД столкнулись с проблемой: нарядчики продолжали пользоваться доской нарядов, а в ПК вводили информацию потом. В результате информация в компьютере была вторичной и недостоверной. Только после ликвидации доски нарядов АРМ ТЧД начинал работать по настоящему, его отчёты становились достоверными.
Так было и есть везде: если первичная информация хранится на рукописных носителях, в Excel-та блицах и даже в Word, то достоверность базы данных АСУ обеспечить не удастся. Необходима ликвидация всех предыдущих данных. Даже при осмотре локомотива можно использовать smart-телефоны, планшеты, специальные устройства для занесения информации сразу в АСУ через фотографии, звуковые распознаваемые сообщения и др.
Часто звучит тезис: «У меня бумажный документ обязательный». Ответ очень простой: первичная информация вводится в АСУ, а нужные документы в установленной форме распечатываются по команде оператора. Такая же ситуация и с разнообразными актами, протоколами и другими оперативными документами: вся информация должна вводиться в АСУ, могут вводиться электронные подписи (разрешены на всех уровнях Федеральным законом «Об электронной подписи» от 06.04.2011 № 63-ФЗ) и распечатываться при необходимости.
В АО «Трансмашхолдинг» и в сервисных локомотивных депо накоплен положительный опыт формирования протоколов и актов без использования Excel и Word. При этом вводимая информация подвергается логическому контролю, широко используются классификаторы.
Примечание: ввод первичной информации в блокнот достаточно сложно автоматизировать, но задача решаема. В идеале — это системы дополненной реальности, когда специалист (например, при приёмке локомотива на ремонт) в диалоге с АСУ надиктовывает информацию, которая автоматически распознается и даже разносится по полям АСУ. В упрощенном варианте — можно использовать просто планшетный компьютер, который в режиме чек-листа подсказывает правильный порядок действий. После осмотра информация с планшета или системы дополненной реальности автоматически попадает в базу данных. Далее мастер без планерок, без записей на бумаге, просто открыв программу, видит замечания по техническому состоянию локомотива.

Если нет автоматического контроля вводимой в компьютер информации — это не АСУ. При отказе от ручного ввода появляется возможность существенно повысить достоверность данных. Например, если введенная толщина бандажа колесной пары 75 мм, а предыдущее значение было 73 мм, то АСУ должна выдать сообщение об ошибке. Важную роль играет использование классификаторов: серия локомотива, депо приписки, фамилия машиниста или мастера, другая информация должны выбираться из классификатора. Даже, казалось бы, индивидуальная информация, как описание дефекта, должна состоять из двух составляющих: классификатор дефектов (трещина, выщерблина, износ и др.) и дополнительное текстовое поле для пояснений как необязательное.
Если у специалиста, руководителя есть оператор, который за него работает с информацией, — это не АСУ. Работа с АСУ предполагает отсутствие других, в том числе рукописных источников информации. Наглядное представление информации и поддержка принятия решений — важные элементы АСУ, позволяющие специалисту принимать своевременные и правильные решения, контролировать процесс. Если под предлогом большой занятости у руководителя появляется оператор для ввода информации — он лишается важных достоинств АСУ, невольно возвращается к старой ручной технологии.

Если отчёты готовятся вручную при наличии информации в электронном виде — это не АСУ. Ранее упоминавшийся АРМ ТЧД был окончательно принят нарядчиками, когда вся отчетность стала распечатываться автоматически. Формирование отчетов — это яркий пример интеллектуальных потерь первого рода согласно методологии Бережливого производства (Lean Production). В МПС СССР были запрещены отчеты, кроме установленных форм и периодичности: слишком много времени они занимали. При АСУ это ограничение снимается: любой отчет с любым набором фильтров и периодом наблюдения может быть сформирован, в том числе с использованием популярной технологии Power Bl (интерактивные дашборды).
В идеале АСУ должна исключать отчеты. Например, если АСУ блокирует нарушения режима труда и отдыха локомотивных бригад, то и отчеты о нарушениях не нужны. Если АСУ блокирует перепробег локомотивов, возможность выдачи локомотива без выполнения всех предусмотренных планово-предупредительных ТОиР, то и не нужны соответствующие отчеты. Можно даже допустить крамольную на сегодняшний день мысль, что при внедрении соответствующей АСУ, совещания руководителей, да и многие сами руководители станут ненужными — останутся только исполнители и интеллектуалы с программистами, создающие и сопровождающие АСУ.
Если нет «отрицательной обратной связи» — это не АСУ. Это, собственно, главное требование к АСУ с позиций Кибернетики. АСУ должна управлять, сравнивая задание с текущей ситуацией по определенной базе данных. Простейший вариант — контроль вводимой информации, более сложный — формирование тревожных сообщений на экран, по почте и др. при наличии отклонений («отрицательная обратная связь»). Высший уровень — поддержка принятия решений и даже само принятие решений — автоматизированное (с участием человека) и автоматическое управление.
Если основная информация вводится в текстовом виде, а не выбирается из классификаторов — это не АСУ. Именно классификаторы повышают достоверность исходного ввода информации, но не только. Зрелость АСУ определяется числом неформализованных текстовых полей. Текстовые поля трудно поддаются факторному и статистическому анализу, который является обязательной функцией АСУ — принцип постоянного улучшения по циклу PDCA (принцип постоянного улучшения Эдварда Деминга). Он реализуется вероятностно-статистическим анализом, выявлением трендов и закономерностей согласно теории вариабельности предприятия, что наиболее удобно по формализованным полям данных.
Если оператор вводит информацию, которая уже есть в системе, — это не АСУ. Это классический пример интеллектуальных потерь, который еще и понижает достоверность данных. Типичные примеры ввода информации в компьютер, который уже есть в АСУ: пробег локомотивов, депо приписки локомотива, фамилия машиниста, название детали и многое другое. К сожалению, эта информация в различные акты и протоколы в среде Excel и Word в депо регулярно вводится по многу раз. Да и сами эти документы, как отмечалось выше, должны исчезнуть. Можно даже утверждать, что упомянутые среды ручного формирования документов должны быть запрещены на уровне локомотивных депо.
Если у работника компьютер стоит сбоку как вспомогательный инструмент — это не АСУ. Компьютер — это вход работника в АСУ, его главный инструмент автоматизированного исполнения своих обязанностей. Если компьютер в рабочее время выключен, значит, скорее всего, есть параллельная бумажная технология работы, которая недопустима. Если мастер в бумажном журнале формы ТУ-28 фиксирует замечания по техническому состояния локомотива, а потом поручает кому-то (хуже — выделенному оператору) внести информацию в АСУ — это снижает до минимума эффективность автоматизированных технологий.
Если у работника стол «завален» бумагами — это не АСУ. Это наглядный признак неправильной работы АСУ. В настоящее время остаются бортовые журналы замечаний машинистов формы ТУ-152. Это явный архаизм: на всех современных локомотивах, число которых уже больше половины всего парка, в кабине машиниста есть бортовой компьютер, на котором легко реализовать электронный журнал ТУ-152. С него по радиоканалам информация может автоматически передаваться в деповской электронный журнал ремонтов (аналог журнала ТУ-28) для управления ТОиР. Принцип отсутствия бумаг — обязателен в АСУ.
Если для получения информации руководитель просит подготовить ему отчёт— это не АСУ. К сожалению, запрос информации «у линии» или поручение подчиненным подготовить тот или иной отчет — обычная ежедневная практика. Более того, работа многих сотрудников и даже подразделений сводится к подготовке отчетов. Хуже того, после подготовки отчетов на ЭВМ они распечатываются. Это отнимает много времени, при этом создаются предпосылки искажения информации или просто ошибки. Умение самостоятельно делать запросы в АСУ, умение работать с информацией на экране — обязательное требование к современному руководителю любого уровня управления. Руководители XXI века должны принципиально отличаться от руководителей предыдущих веков способностью общаться с компьютером.
Если для сбора данных проводятся запросы на линию, проводятся совещания — это не АСУ. В предыдущем слогане тема уже раскрыта. Повтор сделан потому, что сам факт назначения совещания с отчетом, даже по видеоконференцсвязи (ВКС) должен быть признаком неправильной организации управления. Вся исходная и обработанная информация должна быть в АСУ, которая, в свою очередь, блокирует неправильные действия по принципу «пока-ёкэ» (японский термин, который обозначает один из инструментов бережливого производства) — защита от ошибок, работа по принципу «правильно или никак» (по-русски — защита от дурака).
Если после внедрения информационной системы увеличился объём работы и даже потребовалось увеличение штата — это не АСУ. Часто руководители линейных предприятий жалуются, что внедрение АСУ приводит к увеличению штата для ввода исходной информации. На переходном этапе такое может быть. Но анализ показал, почему кажется необходимым увеличивать штат. Во-первых, это продолжающееся ручное формирование отчетов, протоколов, актов, чего быть не должно в принципе. Во-вторых, повторный ввод данных специалистами разных направлений, причем несколько раз: в блокнот, в Excel, в АСУ. В-третьих, отсутствие классификаторов и повторный ввод. Большой опыт позволяет мне утверждать, что потребность в увеличении штата может возникать только при неправильной организации работы АСУ.

Если есть работники, не умеющие работать с компьютером, — это не АСУ. Об этом тоже уже шла речь. На первых этапах внедрения АСУ такая проблема была. И нарядчики работали с клавиатурой «одним пальцем». И позже у машинистов возникала проблема с прохождением электронного инструктажа. Да и при внедрении АРМ Мастера постоянно звучало: он отлично знает локомотив, а с компьютером работать не умеет. Сейчас, в третьем десятилетии XXI века умение работать с компьютером можно считать обязательным. Редкий житель России не имеет smart-телефон и не знает, что такое диалог с программой (интерфейс). Умение работать с компьютером должно быть прописано в должностной инструкции каждого работника локомотивного хозяйства. Но это не снимает требование «дружественного интерфейса» используемых в АСУ программ.
Если нет ограничения доступа к информации — это не АСУ При внедрении безбумажных технологий наряду с явными достоинствами возникает риск потери данных, невозможности доступа к ним, возможность доступа к данным непричастных и даже хакеров. Это очень важная проблема, которая должна решаться комплексно по принятым в АСУ канонам. И, безусловно, доступ к информации должен быть ограничен и по условиям коммерческой безопасности. При создании АСУ эта задача должна решаться сразу.
Если нет ролей при работе с информацией — это не АСУ В локомотивных депо и выше есть установленное штатное расписание, изменение которого — достаточно длительный процесс. Более того, штатное расписание у разных линейных предприятий по разным причинам может отличаться. Поэтому привязка функций взаимодействия с АСУ должна осуществляться не к должностям, а к ролям: роль мастера, нарядчика, дежурного по депо, слесаря, машиниста, ввода данных диагностирования, формирования отчета по данным АСУ, контроль, подтверждение и многое другое.
Кроме того, роль ограничивается уровнем доступа к информации: только по депо, по региону, по серии, по виду оборудования, по заводу-изготовителю и др. Также у роли ограничиваются права редактирования информации: чем ниже уровень работы с АСУ, тем больше прав по вводу информации, но уже доступ к данным. Чем выше уровень работы с АСУ, тем шире круг доступной информации, но меньше прав редактирования. Мастер депо имеет все права по выписке нарядов, заполнению табеля слесарей (с учетом функций встроенного качества АСУ
СГ), но при этом видит информацию только по своим локомотивам и работникам. Руководитель регионального уровня видит данные всего полигона, но не имеет права менять информацию, вводимую в депо. Роли — очень важный элемент АСУ. Причем работник может исполнять несколько ролей в зависимости от своей загрузки.
Если информация не защищена от потери и искажения — это не АСУ Безопасность базы данных — важный элемент АСУ. По статистике США, 70 % компаний, утративших базу данных, не сумели восстановиться. Современные аппаратно-программные средства обладают высокой надежностью, что «расслабляет», создает ощущение безопасности. Но сбои в работе АСУ бывают, имеют место хакерские и вирусные атаки, возможны умышленные действия работников (первый вирус в мире был запущен в компании IBM обиженным, но талантливым сотрудником). Система безопасности АСУ должна создаваться сразу, профессионально и с использованием всех достижений.

Если работник утверждает, что раньше ему было легче работать, — это не АСУ. Такие жалобы приходится слышать постоянно. Причин может быть несколько, и они описаны выше: работник не отказался от «ручного» введения информации, формирует отчеты вручную, недостаточно обучен работе с компьютером, перегружен «чужими» ролями. Возможны и другие временные проблемы: низкое быстродействие АСУ, неудобный интерфейс, отсутствие нужных данных в классификаторах — при внедрении АСУ должна действовать постоянная «горячая линия».
Если нет чётких прозрачных исчисляемых измерителей эффективности работы после внедрения новой технологии — это не АСУ. Ещё одно наблюдение: все работники тщательно выполняют свои обязанности, а результата нет. Часто наблюдается ситуация, когда работники и даже руководители не знают конечной цели АСУ. Например, при учете технического состояния локомотивов формируются акты, протоколы, классифицируется отказ, даже формируются планы мероприятий. По каждой роли, по каждому этапу контролируется качество работы (например, время исполнения). И при этом никто не контролирует ключевые показатели качества (KPI) — повышение надежности, снижение себестоимости ремонта и жизненного цикла локомотивов в целом.
Таким образом, при внедрении АСУ необходимо не только соблюдать правила создания АСУ и информационных технологий в целом, использовать передовые методы управления и аппаратно-программные средства, но и следить за отсутствием типовых ошибок, описанных в данной статье.