автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процессов комплексного управления техническим содержанием инфраструктуры железнодорожного транспорта

На правах рукописи

Замышляев Алексей Михайлович /

/

/

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (транспорт)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 0 ФЕВ 2014

005545227

Москва - 2013

005545227

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения (МГУПС (МИИТ))» на кафедре «Управление и информатика в технических системах».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Шубинский Игорь Борисович.

Официальные оппоненты - Яковлев Валентин Васильевич — доктор

технических наук, профессор, Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС), профессор кафедры «Информационные и вычислительные системы»; -Росс Геннадий Викторович - доктор технических наук, доктор экономических наук, профессор, Всероссийский научно-

исследовательский институт проблем

вычислительной техники и информатизации (ВНИИПВТИ), заместитель директора института ВНИИПВТИ;

- Тарасов Александр Алексеевич - доктор технических наук, профессор, Российский государственный гуманитарный университет (РГГУ), директор института информационных наук и технологии безопасности, заведующий кафедрой «Компьютерная безопасность».

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО Ростовский государственный

университет путей сообщения (РГУПС).

Защита состоится «12» марта 2014 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.005.04 на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС (МИИТ)) по адресу: 127994, ГСП-4, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр.9, ауд. 2505. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПС (МИИТ).

Автореферат разослан 05 февраля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Сидоренко Валентина Геннадьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Техническое содержание сети железных дорог России требует больших экономических затрат, связанных с поддержанием надежности объектов инфраструктуры и обеспечением безопасности перевозочного процесса. В условиях ограниченных ресурсов выбор неверного решения может привести к ошибкам в планировании ремонтных работ на участках инфраструктуры, которые по существующим правилам требуют проведения ремонта, однако при этом имеют достаточно высокий уровень надежности. С другой стороны, проблемные по надежности участки инфраструктуры продолжают эксплуатироваться без модернизации, капитальных ремонтов или хотя бы текущих восстановительных работ. Это, в свою очередь, приводит к рискам возникновения транспортных происшествий.

Для рационального управления ограниченными ресурсами требуется выполнение как минимум двух условий:

1. Получение в реальном времени объективной информации о состоянии надежности и функциональной безопасности всех объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта.

2. Создание системы поддержки принятия решений по техническому содержанию инфраструктуры железнодорожного транспорта на линейном, региональном и сетевом уровнях.

Первое условие предусматривает создание и внедрение на всей сети железных дорог России автоматизированной системы сбора, анализа и обработки данных об отказах объектов инфраструктуры и транспортных происшествий. Второе условие означает, что поскольку принципиально невозможно создать и в последующем эксплуатировать объект с абсолютной надежностью и безопасностью, то следует в решение этой задачи вкладывать такие средства, которые реально имеются и оправданы с точки зрения снижения надежности и обеспечения безопасности. Иначе говоря, остаточный

риск возникновения транспортных происшествий должен иметь допустимый уровень.

В этих условиях возникает противоречие между коммерческим интересом владельца инфраструктуры железнодорожного транспорта, направленным на интенсификацию эксплуатации инфраструктуры, с одной стороны, и необходимостью технологических перерывов в эксплуатационной работе в целях поддержания требуемых уровней надежности и безопасности, с другой стороны. Данное противоречие может быть снято путем разработки системы комплексного управления техническим содержанием инфраструктуры железнодорожного транспорта. Эта система должна обеспечить автоматизацию процессов сбора и обработки данных об отказах объектов и транспортных происшествий в реальном времени, процессов выявления наиболее проблемных, с точки зрения надежности, участков пути, а также автоматизацию процессов поддержки принятия решений по распределению ограниченных экономических ресурсов на техническое содержание инфраструктуры при условии достижения допустимых уровней безопасности и требуемых уровней надежности ее составных объектов.

Степень разработанности проблемы. Следует констатировать, что в такой постановке проблема разработки механизма комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта в отечественной научной литературе еще не ставилась. Тем не менее, при решении многих весьма важных проблем и задач в области управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами отмеченная проблема в той или иной мере затрагивалась, обозначались возможные подходы к ее решению. Так, в работах Й. Брабанта, Л. А. Баранова, П. Ф. Бестемьянова, В. М. Лисенкова, Е. Н. Розенберга, В. В. Сапожникова, Вл. В. Сапожникова, Д.В. Шалягина, X. Шебе, В. Швира, И. Б. Шубинского и др. сформированы теоретические основы функциональной безопасности на железнодорожном транспорте.

Предлагаемые решения сводятся к построению моделей функциональной безопасности отдельных технических систем.

Постановки задач и обсуждение перспективных направлений проблемы исследования надежности сложных восстанавливаемых систем встречались в фундаментальных работах отечественных и зарубежных ученых Ф. Барлоу, Ю. К. Беляева, Б. В. Гнеденко, Г. В. Дружинина, В. А.Каштанова, Ф. Прошана, К. Райншке, А. Д. Соловьева, Г. Н. Черкесова, И. А. Ушакова и др.

В процессе исследования были проанализированы научные работы А. Патры, А. Зоетмана, П. Баррингера, А.Р. Андраде, С. Кумара, В. Смита.

Собственно, заложенные в них идеи позволили сформировать научную основу настоящего диссертационного исследования.

Цель диссертационной работы. Повышение эффективности функционирования железнодорожного транспорта на основе разработки методологии и научных основ комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами объектов инфраструктуры и реализации их в автоматизированной системе комплексного управления техническим содержанием инфраструктуры железнодорожного транспорта.

Для достижения отмеченной цели в диссертационной работе поставлены и решены конкретные задачи, которые сгруппированы вокруг трех целевых направлений, детализирующих общую цель.

1. Исследование возможности создания системы комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами, что позвояет:

- выявить ключевые причины неэффективного управления техническим содержанием инфраструктуры сети железных дорог России и осуществить постановку проблемы по разработке методологии решения данного вопроса;

- определить состояние проблемы расчета и прогнозирования надежности и функциональной безопасности объектов железнодорожного транспорта в России;

- проанализировать существующие методы комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами и возможность их практического применения на сети российских железных дорог.

2. Анализ математических методов и инженерных методик с целью их практического применения. Разработка на основе проведенного анализа математического и информационного обеспечения процессов управления техническим содержанием инфраструктуры сети железных дорог России, что позволяет:

- разработать ключевые положения методологии комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта;

- определить новую систему количественных показателей для оценки и прогнозирования состояния надежности, безопасности и стоимости жизненного цикла объектов инфраструктуры с учетом оценки рисков и объема выполняемой ими эксплуатационной работы;

- разработать методы и инженерные методики: оценки и прогнозирования транспортных происшествий и событий на железнодорожном транспорте; расчета и прогнозирования надежности и функциональной безопасности сложных технических систем с произвольной структурой; оценки рисков травматизма пешеходов на пешеходных переходах; метод и решающее правило управления техническим обслуживанием объектов по их техническому состоянию и приоритетного планирования капитальных ремонтов наиболее проблемных по надежности участков пути;

- исследовать существующее нормативное и технологическое обеспечение процессов управления техническими рисками на железнодорожном транспорте.

3. Апробирование и оценка эффективности разработанной методологии и автоматизированной системы для комплексного управления надежностью,

безопасностью, рисками и ресурсами объектов инфраструктуры ОАО «РЖД», что позволяет:

- исследовать и установить причины низкой эффективности существующих автоматизированных систем сбора и обработки данных и разработать новые автоматизированные системы управления технологическими процессами, позволяющие оперативно собирать и анализировать данные об отказах составных элементов объектов железнодорожного транспорта, а также автоматизировать сбор данных, расследование и прогнозирование транспортных происшествий и событий на сети железных дорог;

- разработать систему автоматизации комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами.

Объект исследования - инфраструктура российских железных дорог в составе объектов верхнего строения пути, железнодорожной автоматики и телемеханики и объектов электрификации и электроснабжения.

Предмет исследования составляют научные основы и формализованные методы построения автоматизированной системы комплексного управления техническим содержанием инфраструктуры железнодорожного транспорта.

Теоретическая основа исследования. Теоретическую основу исследования составили фундаментальные положения теории систем и системного анализа, теории автоматического управления, теории алгоритмов, алгебры логики, теории графов, теории вероятностей и математической статистики, Марковские и полумарковские случайные процессы, теории надежности, методов анализа функциональной безопасности, методов анализа рисков, методов экспертной оценки и принятия решений.

Информационную базу исследования составили сведения о

существующих АСУ, которые прямо или косвенно используются для

управления техническим содержанием объектов инфраструктуры, данные об

отказах технических средств, транспортных происшествиях и событиях со

7

всей сети железных дорог. При апробации системы автоматизированного управления техническим содержанием инфраструктуры железнодорожного транспорта были использованы данные, полученные с Северной железной дороги.

Обоснованность и достоверность выносимых на защиту результатов работы обеспечены строгим соблюдением логики проведения научных исследований, обоснованностью исходных допущений и методов решения поставленных задач, проверкой адекватности априорных предложений и конструируемых моделей, непосредственным сопоставлением полученных результатов с фактическими данными, а также корректным применением известных методик, инструментов исследования и процедур обработки данных.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке ключевых положений методологии, научных основ и формировании системы автоматизации комплексного управления техническим содержанием инфраструктуры на сети железных дорог России, позволяющих принимать управленческие решения на основе сбалансированности показателей надежности, функциональной безопасности и стоимости жизненного цикла с учетом оценки рисков для различных объектов инфраструктуры. Эта система основывается на автоматизированном сборе и обработке данных об отказах в реальном времени. Она выявляет наиболее проблемные с точки зрения надежности участки пути, вырабатывает планы распределения ограниченных ресурсов на техническое содержание и осуществляет оценку остаточных рисков обеспечения безопасности перевозочного процесса.

По итогам диссертационного исследования получены следующие основные результаты, содержащие элементы новизны и выносимые на защиту:

1. Установлено, что в современных условиях дальнейшее развитие и эффективная эксплуатация инфраструктуры железнодорожного транспорта

8

возможны на основе внедрения комплексных решений по автоматизированному управлению надежностью, безопасностью и стоимостью жизненного цикла объектов инфраструктуры с учетом оценки рисков; сделан вывод о том, что в настоящее время на российских железных дорогах отсутствует единая методология комплексного решения этой проблемы, а сформированная в Европе методология RAMS содержит ряд принципиальных методологических недоработок и не ориентирована на решение задач технического содержания объектов железнодорожного транспорта. Эти недостатки устранены в рамках разработанных в диссертации ключевых положений методологии комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами (УРРАН), которая является адаптацией и дальнейшим развитием методологии RAMS в целях рациональной эксплуатации инфраструктуры железных дорог ОАО «РЖД».

2. Сформирована система показателей надежности, безопасности, стоимости жизненного цикла объектов железнодорожного транспорта с учетом объема выполненной эксплуатационной работы, что обеспечивает возможность управлять ресурсами на основе оценки состояния безопасности и надежности объектов и объективно оценивать эксплуатационную деятельность подразделений ОАО «РЖД».

3. Сформулирована и доказана теорема расчета стационарных показателей надежности и функциональной безопасности сложных технических систем с произвольной структурой непосредственно по графу их состояний. На основании этой теоремы впервые для моделей полумарковских случайных процессов систем строго вычисляются следующие показатели: коэффициент безопасности, среднее время между опасными и/или защитными отказами, среднее время возврата в неопасное состояние.

4. Разработанный метод оценивания и прогнозирования транспортных происшествий и событий отличается от известных методов возможностями их оценки на основе рисков и прогнозированием транспортных происшествий на основе сочетания факторного анализа с апостериорной обработкой

9

статистических данных с учетом возможных ущербов от транспортных происшествий и затрат на их предупреждение.

5. Разработан метод, который впервые позволяет оценивать и прогнозировать риски травматизма пешеходов на пешеходных переходах на основе адаптации теории импульсных потоков Н. М. Седякина к задачам определения опасных событий при пересечении потоков поездов и пешеходов и обеспечивает поддержку принятия решения по оборудованию пешеходных переходов средствами сигнализации и обустройству пешеходных мостов.

6. Разработанный метод поддержки принятия решений о проведении работ по техническому содержанию объектов инфраструктуры отличается от известных тем, что позволяет на основе сформулированных решающих правил определять по техническому состоянию необходимость технического обслуживания объектов инфраструктуры и планировать приоритеты в проведении капитальных ремонтов наиболее проблемных по надежности участков пути.

7. Разработана архитектура системы автоматизации комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. В совокупности вынесенные на защиту результаты диссертации следует интерпретировать как решение важной хозяйственной проблемы - создание эффективного механизма управления техническим содержанием инфраструктуры железных дорог России, которая представляет собой дальнейшее развитие теории и методологии управления железнодорожным транспортом на базе комплексного автоматизированного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами. Практическая значимость результатов исследований заключается в том, что использование научно-методического инструментария управления техническим содержанием инфраструктуры железных дорог дает возможность обеспечить ее устойчивое

развитие, а также результативное и эффективное функционирование в текущий момент и обозримой перспективе.

Самостоятельное практическое значение имеют следующие положения и результаты работы:

- метод поддержки принятия решений по оценке и прогнозированию транспортных происшествий и событий на железнодорожном транспорте;

- основанный на доказанной теореме метод расчета и прогнозирования показателей надежности и функциональной безопасности сложных технических систем с произвольной структурой и с большим числом состояний;

- метод поддержки принятия решений о проведении работ по техническому содержанию объектов инфраструктуры;

- метод оценки и прогнозирования рисков травматизма пешеходов на пешеходных переходах;

- автоматизированные системы КАСАНТ, АС УРРАН, АС РБ, ИКСАР СЦ, КАСКОР, построенные на основе разработанных в диссертационном исследовании архитектур, методов и нормативных документов.

Апробация и внедрение результатов. Основные положения и

результаты диссертационной работы обсуждались и были одобрены на: 1Х-ой

Международной научно-практической конференции «Инфотранс-2004»

(Санкт-Петербург, ПГУПС 2004); 1-ой Международной научно-практической

конференции «Наука в транспортном измерении» (Украина, Киев 2005);

Международной научно-практической конференции «Системы безопасности

на транспорте» (Чешская Республика, Пшибрам, АЭН РФ 2005); VI, VIII, IX,

XI, XIV Научно-практических конференциях «Безопасность движения

поездов» (Москва, МИИТ 2005, 2007, 2008, 2011, 2013); Международной

научно-практической конференции, посвященной 50-летию ВНИИАС

«Современные тенденции развития средств управления на железнодорожном

транспорте» (Москва, ВНИИАС 2006); VI-ой Международной научно-

11

практической конференции «Системы безопасности на транспорте» (Чешская Республика, Прага, АЭН РФ 2011); VIII-ой Международной научно-практической конференции «Техническое регулирование. Сертификация, безопасность и экологическая безопасность на железнодорожном транспорте» (Украина, Ялта, ГП «ДОСЖТ» 2012); Научно-техническом семинаре РАН «Качество и надежность технических систем» (Москва, МИИТ 2011, 2013); Международной конференции «Analytics 2012» (Германия, Кёльн, SAS 2012); Международной конференции «SAS the Date for the EGRC/Insurance Risk Customer Connections Event» (Португалия, Лиссабон, SAS 2012).

Одним из основных результатов диссертационного исследования являются разработанные и внедренные на всей сети железных дорог автоматизированные системы КАСАНТ, АС УРРАН, АС РБ, ИКСАР СЦ, КАСКОР. В этих системах реализованы методология и научные основы комплексного управления техническим содержанием инфраструктуры железнодорожного транспорта.

Имеются соответствующие акты о внедрении результатов диссертационного исследования.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одна монография и 48 статей общим объемом 42,6 п.л. (авторский объем составляет 22 пл.), из них 32 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов диссертационных работ на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Кроме того, по теме диссертации получен один патент.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и четырех приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы для развития железнодорожного транспорта России, определены объект, предмет, цель и задачи исследования.

В первой главе проанализировано состояние проблемы управления надежностью, функциональной безопасностью и рисками на железнодорожном транспорте. Рассмотрены логико-вероятностные методы, известные методы построения и решения Марковских и полумарковских моделей надежности. Эти методы имеют свои достоинства и недостатки.

Аналитические модели, основанные на имитационном моделировании, также имеют ряд серьезных недостатков - они при большом числе состояний требуют большого объема работ по их созданию и отладке, они консервативны и для внесения даже небольшой содержательной корректировки часто требуется переделка модели и связанные с этим проблемы.

Хорошую перспективу в построении и решении динамических моделей надежности систем с большим числом состояний дают графовые полумарковские методы И. Б. Шубинского. Они эффективны для определения широкого спектра показателей надежности систем с десятками и более состояний. Вместе с тем, топологический полумарковский метод для некоторых струюур сложных систем позволяет только приближенно рассчитывать коэффициенты готовности. Поэтому для решения задач управления надежностью и безопасностью объектов железнодорожного транспорта актуальна разработка строгого в математическом плане и простого в вычислительном отношении графового метода определения как коэффициентов готовности и простоя, так и коэффициента безопасности.

13

В целях автоматизации процессов расчета и прогнозирования надежности систем созданы пакеты прикладных программ. Среди них наиболее известны пакеты RELEX и ReliaSoft (производство США), АСОНИКА-К и ПК АРБИТР (ПК ACM СЗМА). Однако эти комплексы не решают задачи автоматизации сбора, анализа, обработки данных о надежности объектов в реальном масштабе времени. Они не обеспечивают управление надежностью объектов железнодорожного транспорта. Уникальность проблемы управления надежностью на железнодорожном транспорте заключается в следующем:

- многие объекты железнодорожного транспорта распределены в пространстве, имеют иерархическую структуру;

- для управления надежностью объектов и железнодорожным транспортом в целом необходимо совмещение в реальном времени двух указанных выше направлений: сбора и обработки статистических данных по отказам объектов, моделирования надежности объектов;

- большое разнообразие объектов, с одной стороны, и существенные различия режимов и условий работы даже однотипных объектов, с другой стороны;

- степень влияния надежности объектов на перевозочный процесс зависит как от свойств безотказности и ремонтопригодности самих объектов, так и от свойств самого перевозочного процесса (интенсивности и скорости движения поездов, длительности задержек составов вследствие ремонтов инфраструктуры и/или подвижного состава).

Указанные обстоятельства вызвали необходимость в создании на

железнодорожном транспорте автоматизированных систем управления

технологическими процессами сбора данных о графике исполненного

движения поездов, о текущем состоянии элементов хозяйств инфраструктуры

(ГИД-УРАЛ, АСОУТТ-2, АСУ-П, АСУ-Ш-2, АСУ-Э). Эти системы

обеспечивают сведениями об отказах элементов хозяйств. Однако эти

сведения носят разрозненный характер, не систематизированы по категориям

14

и влиянию на задержки поездов. Обилие автоматизированных систем управления, не имеющих общего интерфейса, недостаточность представляемой ими информации о надежности и функциональной безопасности объектов, недостоверность самой информации, отсутствие в этих системах возможности анализа отказов и др. - все это свидетельствует о необходимости создания автоматизированной системы управления технологическими процессами сбора, анализа и предварительной обработки данных об отказах и восстановлениях составных элементов объектов железнодорожного транспорта.

Функциональная безопасность объектов железнодорожного транспорта оказывает определяющее влияние на безопасность перевозочного процесса. Это направление развивается сравнительно недавно, главным образом в атомной промышленности и на железнодорожном транспорте. Ключевые положения функциональной безопасности (Safety) изложены в базовом стандарте IEC 61508 (российский гармонизированный стандарт ГОСТ Р / МЭК 61508 — 2007), а также в европейских стандартах железнодорожного применения EN 50126, EN 50128, EN 50129, EN 50156, на основе которых созданы международные стандарты IEC 62278, IEC 62279,1ЕС 62280 и др.

Европейское сообщество в течение многих лет интенсивно развивало и в настоящее время совершенствует методологию RAMS - методологию управления безотказностью (Reliability), готовностью (Availability), ремонтопригодностью (Maintainability), безопасностью (Safety).

Вместе с тем, в процессе практического применения методологии RAMS на Российских железных дорогах проявился ряд ее принципиальных недостатков. Основные из них:

- в комплексном анализе не учитывается долговечность объектов. Это обстоятельство не позволяет увязать долговечность и безопасность объектов, не позволяет при эксплуатации объектов оценивать риски перехода от назначенного срока службы к их предельному состоянию и даже корректно

оценивать предельное состояние объекта;

15

— стоимость жизненного цикла объекта оценивается в отрыве от надежности и безопасности, т.е. не включена в методологию RAMS. Это обстоятельство затрудняет рациональное распределение инвестиций в объект на различных этапах его жизненного цикла;

— методология RAMS хорошо разработана для этапов проектирования и производства объектов и практически не развита дня этапов их эксплуатации, модернизации и утилизации. Для железнодорожного транспорта представляет основную значимость управление надежностью и безопасностью составных объектов на этапах их эксплуатации и модернизации;

— вопросы управления рисками изложены в стандартах RAMS на концептуальном уровне и требуют всестороннего развития.

Вопросы оценки рисков при принятии управленческих решений в области надежности и безопасности перевозочного процесса приобретают в последние годы чрезвычайно важное значение. Управление рисками на железнодорожном транспорте в настоящее время осуществляется в соответствии с требованиями международных стандартов ISO 31000:2009, IEC/ISO 31010:2009, EN 50126 и др., национальных стандартов ГОСТ Р 51897, ГОСТ Р 51901.x по менеджменту риска и, конечно, созданного при выполнении проекта УРРАН стандарта ГОСТ Р 54505-2011 «Управление рисками на железнодорожном транспорте». На основании этих нормативных документов и анализа факторов, влияющих на перевозочный процесс, сформулированы требования к системе управления рисками.

Во второй главе изложена разработанная Концепция комплексного

управления надежностью, рисками, стоимостью жизненного цикла на

железнодорожном транспорте. Цель внедрения этой системы состоит в

снижении стоимости жизненного цикла (СЖЦ - LCC) объектов

инфраструктуры при условии обеспечения заданного уровня надежности

технических средств и требуемого уровня безопасности перевозочного

процесса. В развитие стандартов RAMS данная Концепция включает в себя

анализ состояния проблемы и разработанные ключевые положения

16

методологии комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами. Ключевые положения методологии включают: цели и задачи комплексного управления, распределенные по хозяйствам инфраструктуры, предложенные показатели эксплуатационной надежности, безопасности, стоимости жизненного цикла, аргументом в которых является работа, выполненная хозяйствами инфраструктуры; эталонные объектно-элементные модели, позволяющие автоматизировать процессы расчетов указанных показателей и сопоставлять производственную деятельность подразделений хозяйств инфраструктуры; систему управления техническими рисками на инфраструктуре железнодорожного транспорта и ее методическое обеспечение; используемую нормативную базу.

Разработанная система управления рисками (СУР) объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта основывается на новой нормативной и технологической составляющей.

Нормативная основа СУР инфраструктуры включает в себя ряд нормативных документов, созданных при непосредственном участии автора на основе разработанных в диссертационном исследовании научных положений, таких как: ГОСТ Р 54505-2011 «Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте»; СТО РЖД 1.02.0332010 УРРАН. Порядок идентификации опасностей и рисков; СТО РЖД

01.02.034-2010 Общие правила оценки и управления рисками; СТО РЖД

01.02.035-2010 УРРАН. Порядок определения допустимого уровня риска.

Технологическую основу управления рисками составляют

разработанные для хозяйств инфраструктуры регламенты построения матриц рисков на уровне линейных подразделений, оценивание рисков на региональном уровне и поддержки принятия решения на уровне Дирекции инфраструктуры железнодорожного транспорта. Однако, на железнодорожном транспорте есть класс задач оценки рисков, который не поддается решению известными методами. Речь идет, например, об оценках рисков на пешеходных переходах. С этой целью на основе теории случайных

17

импульсных потоков Н.М. Седякина разработан метод оценки рисков на одноуровневых пешеходных переходах.

На основании нормативных документов, принятых на железных дорогах Германии, рассчитаны значения минимального защитного расстояния и длины опасной зоны в зависимости от скорости движения поезда. В результате установлено, что среднее время нахождения пешехода в опасной зоне равно гп = ^ а среднее время пересечения составом пешеходного перехода

равно = ——, где = 500 - диаметр эквивалентного круга для

моделирования размеров пешехода, мм; уп — средняя скорость движения пешехода, км/ч; длина опасной зоны для пешехода //=3690+10,5- V/, мм; и» -ширина перехода, мм; - средняя длина состава, следующего по пути 1, км; V) — средняя скорость следующего по пути 1 состава, км/ч.

В общем случае средняя частота опасного события совпадения потока пешеходов и любого из п потоков поездов при переходе через N путей определяется следующим выражением:

- _(1-л)-(?'+итпг-') (1)

*

где р\ - вероятность адекватного поведения пешеходов на переходах, тп -

среднее время между моментами появления пешеходов на переходе, г" -среднее время между моментами появления поездов на п путях, пересекающих пешеходный переход.

Формула (1) получена в предположении, что импульсные потоки поездов по всем путям имеют одинаковые параметры. В данной формуле учитывается, что пешеход может находиться одновременно в двух опасных зонах соседних путей и тогда рассматривается условие совпадения импульсов трех потоков (одного потока пешехода и двух потоков поездов).

Этот метод реализован в СТО РЖД № 02.045-2013 «Порядок оценки риска травматизма граждан на пешеходных переходах через железнодорожные пути».

В третьей главе представлено математическое обеспечение системы управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте, которое является ядром информационной технологии системы УРРАН. Структура этого математического обеспечения показана на рис. 1 и состоит из следующих составных частей:

Часть 1 — система поддержки принятия решения по управлению надежностью и функциональной безопасностью (модули 1-4). Все четыре модуля реализованы в АС УРРАН. С помощью системы КАСАНТ информация об отказах всех технических средств инфраструктуры аккумулируется в реальном времени, обеспечивается расследование отказов. Эти данные обрабатываются в модуле первичного расчета и оценки надежности объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта (модуль 1). Он осуществляет расчет всех предусмотренных показателей надежности и безопасности, а также стоимости жизненного цикла эталонных объектов всех хозяйств инфраструктуры.

Результаты расчетов из модуля 1 поступают в модуль 2 расчета и прогнозирования надежности и безопасности сложных систем. Данный модуль предназначен для расчета и прогнозирования следующих показателей надежности и безопасности сложных технических систем:

— стационарные показатели (наработка на отказ, среднее время простоя, коэффициенты готовности и неготовности, наработка на опасный отказ, среднее время возврата в неопасное состояние, коэффициент безопасности);

— нестационарные показатели (оценка вероятности безотказной работы или оценка вероятности отказа за заданное время, оценка интенсивности отказов системы, оценка вероятности опасного отказа или оценка вероятности безопасной работы, оценка интенсивности опасных отказов работы системы).

Теоретической основой модуля 2 является доказанная ниже теорема. Пусть в соответствии с критерием отказа все множество 5 состояний системы (вершин графовой модели) разделено на подмножество работоспособных

состояний и подмножество неработоспособных состояний где Бр и 5р = 5. Все показатели надежности системы определяются в

подмножестве Для расчета показателей безопасности в соответствии с критерием опасного отказа все множество состояний разделяется на

подмножество неопасных состояний ^ и подмножество опасных состояний ^,

где и 5г = 5. При этом с 5,, с

Текущие матрицы

Рис. 1. Структурная схема математического обеспечения системы комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте

Теорема. Если надежность системы моделируется с помощью графа состояний и полумарковского случайного процесса на множестве состояний Б, заданного матрицей переходных вероятностей и вектором безусловных математических ожиданий времени пребывания в каждом из состояний графа, то коэффициент готовности системы в топологической форме равен:

I лет;

кг = 'Е3

где АС — вес разложения графа без состояния г, ^(Т/) - математические ожидания безусловного времени пребывания системы в состояниях ¡0). Вес разложения графа рассчитывается по формуле Мезона:

АО - +£СЛС, -£С,С,С, +...,

1 Г] ¡Г]

где вес контура на графе С, = Х\РцРр; петля есть частный случай замкнутого

контура — в ней входящие и выходящие дуги сливаются в одну дугу, вес петли Су = р „; вес разложения графа - часть графа, не содержащая выделенных

вершин и связанных с ними дуг; вес разложения АС рассчитывается с учетом исключения из графа вершины / и связанных с ней дуг.

Из теоремы следует, что коэффициент безопасности системы может рассчитываться в виде:

К _ _

(3)

№

С помощью данной теоремы установлено, что: — Средняя наработка на отказ системы:

где ду — вероятность перехода за один шаг из работоспособного состояния в неработоспособное; £ — подмножество граничных работоспособных состояний;

- Среднее время простоя системы:

ХАО'т>

где Рл - вероятность перехода за один шаг из неработоспособного состояния системы в работоспособное; £ — подмножество граничных неработоспособных состояний;

— Среднее время между опасными отказами системы:

j,__/e£¡_

(6)

/е.?,, jcSt

где p¡¡— вероятность перехода за один шаг из неопасного состояния в опасное; su — подмножество граничных неопасных состояний S¡+ <r St; — Среднее время возврата в неопасное состояние:

ZAG'T<

leS,_

leS,_ yeS,

(7)

где ру — вероятность перехода за один шаг из опасного состояния в неопасное; 5,. — подмножество граничных опасных состояний 5,. <= Я,.

В модуле 3 производится оценивание рисков по данным от технических отделов железных дорог и формирование отчетов по объектам, риски функционирования которых превышают допустимые.

Часть 2 - система поддержки принятия решений по управлению техническим содержанием объектов инфраструктуры включает модуль 5 на рис. 1.

Модуль 5 поддержки принятия решения по управлению техническим содержанием (здесь термин «техническое содержание» эквивалентен английскому «maintenance» и включает в себя техническое обслуживание и ремонт). Теоретической основой этого модуля служит разработанный в диссертационной работе метод поддержки принятия решения о проведении работ по техническому содержанию объектов инфраструктуры. Метод основывается на решении двух задач:

1 .Определение решающего правила по управлению техническим обслуживанием (ТО) объекта путевой инфраструктуры;

2.0пределение решающего правила о назначении капитальных ремонтов участка пути.

Для решения первой задачи введена функция штрафов

где С/ - штраф за отказ объекта; ЛфУ/г)] - математическое ожидание количества отказов на интервале [0;/]; С2- штраф за проведение работ по ТО объекта; Л/[Л'2(г)] - математическое ожидание количества работ по ТО на интервале [0;/].

В развитие формулы (8) установлено следующее решающее правило

С = lim

(8)

t

Êv^Z'y)

где У(я,) — решающее правило о целесообразности проведения в ¡-й момент управления очередных работ по ТО; С, - штраф за отказ объекта, С2- штраф

/ „. л

Р

за проведение работ по ТО;

1л ¿2л

К'-1 у ч.м

- вероятность безотказной

работы и интенсивность отказов в течение времени ¿Л между работами по

ТО соответственно.

Оценка интенсивности отказов объекта в /-й момент управления системой ТО при заданной доверительной вероятности р производится с помощью справочных таблиц распределения -Ш-квадрат или распределения

Пуассона: _ /•, _ _

л = *- «,/2Л; дт,„ =Г.Х;ЛЯШ. = гвЛ. / /-1

где к -порядок закона распределения Эрланга времени между отказами объекта.

Коэффициенты г„,гв определяют нижнюю и верхнюю границы доверительного интервала параметра Я. Из этого выражения следует, что

= К - Если интенсивность отказов объекта есть количество его отказов

/-1 Я

в единицу времени, то ц - количество отказов на интервале времени от 0 до /-го управления ТО. Следовательно, существуют строгие верхняя и нижняя оценки количества отказов на указанном . интервале времени

Утверждение. Если время между отказами объекта распределено по закону Эрланга к-то порядка и по статистическим данным об отказах на интервале времени от 0 до времени проведения расчетного ТО (Т^) установлено, что гвп,>пт, где п,.- математическое ожидание количества отказов объекта в интервале времени [О, Т^), то решающая функция определяется неравенством У(г„и,)<1. Если же установлено, что гвп,<пт, то решающая функция равна или превышает значение У(гвп:) > \.

24

Следствие. Решающее правило, определяющее необходимость проведения очередных ТО по состоянию частоты отказов объекта, устанавливается неравенством: У(г„п,) < I .

Предлагаемый в рамках диссертационного исследования подход к назначению работ по капитальным ремонтам пути основывается на сравнении фактических и контрольных значений следующих показателей:

- пропущенный тоннаж, млн. т.;

- частота отказов на I км пути;

- прямые расходы на текущее содержание 1 км пути.

Основным принципом назначения капитального ремонта является превышение контрольных значений по пропущенному тоннажу и частоте отказов на 1 км пути.

Критерий экономической целесообразности продления срока службы, например для хозяйства пути и сооружений, представляет собой решающее правило, согласно которому фактические прямые расходы на текущее содержание 1 км пути {Рфакт> сравниваются с контрольным значением (Рт,тР)-

В случае, если Рфа«т>Ркттр, экономически более эффективно проведение «тяжелых» видов ремонтов, если Р^тт<Рко,тр - с экономической точки зрения возможно отложить проведение капитального ремонта.

Основным эффектом от формирования плана работ на основе разработанного метода является снижение затрат на текущее содержание пути за счет проведения капитального ремонта на участках, срок ремонта на которых по нормативам еще не наступил, но затраты на текущее содержание превышают контрольные значения экономического критерия.

Часть 3 - система поддержки принятия решений по оценке и прогнозированию транспортных происшествий и событий содержит модуль прогнозирования, включая сопровождение текущей нормативно-справочной информации (модуль 6) и модуль оценки знаний и навыков оперативного персонала (модуль 7).

Модуль 6 базируется на разработанном автором методе оценивания и прогнозирования транспортных происшествий на основе сочетания факторного анализа с апостериорной обработкой статистических данных. Для определения опасности возникновения транспортных происшествий на основе экспертной оценки по методу Делфи с учетом согласованности мнений экспертов сформирован перечень возможных видов нарушений безопасности движения (факторов влияния), специфичных для каждого конкретного хозяйства и составлен перечень возможных видов транспортных происшествий и событий для каждого из хозяйств.

Для структурного подразделения также, с целью удобства расчёта, формируется несколько матриц, каждая из которых соответствует своей группе влияющих факторов. Дальнейшая работа по определению и оценке влияния факторов на возникновение транспортных происшествий проводится по каждой из матриц.

Матрица охватывает 1 ^ у ^ г видов транспортных происшествий (строки) и влияющих на них I < г < т факторов (столбцы матрицы). В данной матрице Л/, ... /?_,... - количество транспортных происшествий у'-го вида за рассматриваемый период времени. Величины slj показывают количество реализаций каждого из факторов при возникновении транспортных происшествий за рассматриваемый период. В графах матрицы, имеющих знак «-», считается, что

Поскольку на одно транспортное происшествие может одновременно оказывать влияние сразу несколько факторов, то будет справедливо

т

неравенство ]Г £ . Исходя из того соображения, что влияющие факторы

(«1

оказывают воздействие не на все виды происшествий, а также и то, что при возникновении конкретного транспортного происшествия или события влияющий ранее фактор может иметь место, а в отдельных случаях

г г

отсутствовать, то будет верным следующее неравенство: У,-5» - У] ^, .

Индексы влияния факторов на транспортные происшествия определяются по величинам рангов ву. Принимая гипотезу о том, что указанные в матрице транспортные происшествия являются независимыми друг от друга, частота

возникновения транспортного происшествия 7-го вида будет равна: р1 = г'.

1*7

7«1

Необходимо отметить, что значения рангов % полученных статистическим методом, прямо пропорциональны влиянию факторов на возникновение транспортных происшествий. Действительно, чем чаще при возникновении транспортных происшествий одного и того же вида встречался один и тот же фактор, тем больше его влияние. В этой связи, учитывая, что факторы приняты независимыми друг от друга (что в большинстве своем подтверждается на практике), значения индексов влияния факторов щ, будут определяться следующим образом:

ач = г---„г—, если ^ > 0. (11)

IX 11Х

7=1 1-1 7=1

Значения индексов влияния определяются для каждой из матриц влияющих факторов. Вычисленные значения учитывают также и частоту возникновения конкретного вида транспортных происшествий. При наличии нескольких групп факторов индекс влияния ¿-го фактора на _/-й вид транспортного происшествия в к-ой группе щ/к) будет определяться по формуле (11).

С целью повышения объема выборок статистических данных факторы укрупняются в 6 макрогрупп: по состоянию железнодорожного

полотна, состоянию телекоммуникаций, состоянию механических средств, погодным и природным условиям, по состоянию человеческого фактора и по другим причинам (главным образом технологическим нарушениям).

Для прогнозирования транспортных происшествий анализируются индексы влияния факторов. Индекс влияния фактора определяется выражением (11). Текущее значение уровня опасности в момент оценки этого уровня оценивается по величине критерия

где п - текущий индекс влияния факторов, /(/=;)- индикатор наличия фактора т.е. /(/^) = 1, если фактор наличествует в момент оценки уровня опасности возникновения происшествия В, и /(^) = 0 в противном случае. На основании накопленных статистических данных установлено, что распределение случайной величины уровня опасности возникновения транспортного происшествия или события может быть описано нормальным законом. При этом критическая граница для ./ находится на уровне т — Ъи, где т = М [у], а2 = £>[■/]. Верхняя граница указанного интервала лишена смысла ввиду того, что значения критерия, превышающие правую границу т + За, признаются опасными наряду с рядом значений, лежащих внутри указанного интервала. Поэтому вместо интервала (т-3<т,/и + 3<т) вводится интервал (т - г<г,т + га), где параметр г < 3 подбирается эмпирически для каждого транспортного происшествия таким образом, чтобы реализации критерия J при высоком уровне опасности попадали бы в этот интервал с высокой степенью вероятности р . При этом г играет роль квантили уровня Р стандартного нормального распределения и может оказаться ниже трех.

Величина J представляет собой статистическую оценку критерия

где /(/•;) - индикатор наличия фактора Структура выражения (12) свидетельствует о том, что закон распределения критерия з является дискретным, поскольку 1{Р„) - дискретная случайная величина,

распределенная по закону Бернулли, для любого к = \,т, и 7 является линейной комбинацией таких величин.

Опишем последовательность действий, предлагаемых для принятия управленческих решений.

1. Собирается статистика происшествий.

2. По набранной статистике оцениваются апостериорные вероятности р(/-] | в), у=Гт, как частоты появления факторов при наличии происшествия В.

кс

3. Оценивается по формуле р --7— допустимый уровень

с2 + кс,

вероятности р, необходимый для вычисления критической границы при принятии управленческих решений, где С, - оценка ущерба, вызванная происшествием В, с2 - потери ОАО «РЖД» на осуществление профилактических мер по предупреждению происшествия В .

4. Для принятия решений интервал (0,ПП1ЯХ) изменения критерия J разделяется на четыре части: «зеленую», «желтую», «оранжевую» и «красную» зоны. «Красная» зона располагается правее правой границы доверительного интервала (т - га,т + га) . «Оранжевая» совпадает с данным доверительным интервалом. «Желтая» зона располагается между минимальным значением критерия, полученным при обработке статистических данных, и левой границей доверительного интервала. «Зеленая» зона располагается от нуля до указанного минимального значения критерия.

Модуль 7 реализован в разработанной системе КАСКОР и представляет собой стандартное математическое обеспечение, используемое при контроле и оценивании знаний и навыков специалистов.

В главе 4 описаны разработанные под руководством и при непосредственном участии автора автоматизированные системы управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте. На рис. 2 показана архитектура системы автоматизации комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте. Данная система решает задачи сбора, анализа, обработки и расследования событий и поддержки принятия решений для руководителей предприятий, железных дорог, дирекций, руководства ОАО «РЖД».

Автоматизированная система КАСАНТ реализует процессы учета, контроля устранения отказов технических средств. Она построена на основе комплекса существующих на железнодорожном транспорте ОАО «РЖД» технологий, которые решают информационно-коммуникационные и технико-технологические задачи на базе новейших компьютерных средств.

Для получения достоверной информации о состоянии технических средств автором была спроектирована архитектура системы, позволяющая реализовать принцип максимального использования человеко-независимых форм сбора данных. Была осуществлена интеграция системы КАСАНТ с действующими отраслевыми автоматизированными системами управления (АСУ-П, АСУ-Т, АСУ-Ш2, АСУ-Э, АС КМО, АС КПС, АС ТРА) в части обмена информацией об отказах.

Все перечисленные автоматизированные системы объединены общим хранилищем данных, что обеспечивает при выработке управляющих решений возможность оперативного использования текущих реальных данных, как по отказам технических средств, так и по транспортным происшествиям и событиям, а также по уровню текущих знаний и умений оперативного персонала.

Задачи комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами возложены на автоматизированную систему управления АС УРРАН. Эта система предназначена для решения следующих основных задач:

- автоматизация процессов первичной обработки статистических данных об отказах технических средств объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта;

- автоматизированное определение показателей эксплуатационной надежности и безопасности объектов;

мотивация деятельности структурных подразделений в рамках хозяйства на основании показателей эксплуатационной надежности и безопасности;

- оценка соответствия достигнутых показателей эксплуатационной надежности и безопасности заданным нормам;

Рис. 2. Архитектура системы автоматизации комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте

определение уязвимых объектов с точки зрения оценки рисков;

- подготовка проектов распределения инвестиций по наиболее проблемным объектам железнодорожного транспорта.

Корпоративная автоматизированная система контроля знаний работников ОАО «РЖД» КАСКОР предназначена для автоматизации процессов проверки знаний и обучения работников ОАО «РЖД». Система КАСКОР входит в состав системы дистанционного обучения работников ОАО «РЖД». Цель создания системы КАСКОР - повышение уровня безопасности работы ОАО «РЖД» на основе улучшения качества профессиональных знаний и умений работников.

В главе 5 приведены результаты внедрения разработанной системы автоматизации комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте.

Тестирование разработанной информационной технологии проводилось на 261 станции и 288 перегонах, на 29 дистанциях пути, а также на дистанциях автоматики и телемеханики, электроснабжения на эксплуатируемой железнодорожной линии Северной железной дороги протяженностью более 3200 км в течение 28 месяцев. Получены конкретные практические результаты.

Так, установлена возможность продления назначенного срока службы рельсов на грузонапряженных участках категории Б с 7 до 9 лет. Для ряда железнодорожных линий установлена возможность продления времени между капитальными ремонтами верхнего строения пути на 15-20%, что приводит к эффекту, исчисляемому сотнями млн. рублей.

Выявлено, что при дефиците финансовых средств необходимо планировать ремонт наиболее проблемных участков и обеспечивать надежную работу инфраструктуры и безопасность движения. Так, по данным опытной эксплуатации на Северной железной дороге установлена возможность сокращения на 200 км (с 854 км до 642 км, т.е. на 25%) объема ремонтных работ главных путей 1 и 2 класса на основании разработанной

информационной технологии при снижении почти в 2 раза остаточной средней интенсивности отказов путевой инфраструктуры после ремонта.

Установлена возможность повышения объективности в оценке и стимулировании работ подразделений инфраструктуры ОАО «РЖД». Так, результаты оценки по двум дистанциям пути (ПЧ-35 и ПЧ-02) Северной железной дороги свидетельствуют о том, что существовавшая до последнего времени методика оценки качества работы дистанций пути по количеству зафиксированных у них отказов имеет негативные последствия, поскольку, во-первых, не учитывает реальную наработку дистанции пути, и, во-вторых, приводит к стремлению работников дистанции намеренно снизить показатель количества отказов. Сопоставление результатов производственной деятельности двух дистанций пути по эксплуатационным показателям безотказности технологии УРРАН свидетельствует о том, что несмотря на большее количество отказов технических средств на дистанции ПЧ-02 (107 отказов в 2011г.), чем на дистанции ПЧ-35 (62 отказа), качество работы дистанции ПЧ-02 выше, т.к. она за тот же период времени выполнила больший объем работы и средняя наработка на отказ на этой дистанции существенно выше, чем на дистанции ПЧ-35, т.е. составляет 288,1 млн. т*км брутто, тогда как у ПЧ-35 этот показатель составил 240 млн. т*км брутто.

В главе также приведены результаты внедрения разработанных автоматизированных систем ИКСАР СЦ, КАСАНТ, АС РБ, КАСКОР.

Система ИКСАР СЦ внедрена на централизованном уровне ГВЦ ОАО «РЖД». Она обеспечивает прогнозирование транспортных происшествий и событий с выработкой превентивных мероприятий по их предупреждению и оперативному устранению.

Система КАСАНТ внедрена на всей сети железных дорог России. Это распределенная высоконагруженная система, которая предоставляет пользователям возможность получать напрямую \уеЬ-доступ к системе и работать в ней. Общее количество пользователей системы КАСАНТ составило

к концу 2013 года около двадцати'пяти тысяч сотрудников ОАО «РЖД».

33

С помощью системы КАСАНТ установлено, что ежегодно количество регистрируемых отказов технических средств на железных дорогах ОАО «РЖД» занижается более, чем в 4 раза. При этом установлено, что доля отказов технических средств в задержках поездов не превышает 10%. Основная причина — технологические нарушения.

Система управления безопасностью движения АС РБ внедрена на дорожном и сетевом уровне на всех железных дорогах ОАО «РЖД». На сегодняшний день к системе АС РБ подключено около 5000 пользователей, из них 1500 пользователей железных дорог и ЦРБ с правами ввода и корректировки данных, около 3500 пользователей железных дорог и центрального аппарата ОАО «РЖД» с правами просмотра и печати данных. База данных хранит архив данных за период с 2007 по 2012 гг. порядка 75 000 актов с учетом действующих актов расследований, их корректировок, истории междорожных передач и аннулированных актов. Отчеты, формируемые системой АС РБ, используются не только для задач ОАО «РЖД», но и предоставляются в Министерство транспорта Российской Федерации.

Система КАСКОР внедрена на всей сети железных дорог по 8 должностям (профессиям) работников хозяйств движения (поездной диспетчер, дежурный по станции, составитель поездов, дежурный по парку) и пути (старший дорожный мастер, дорожный мастер, бригадир пути, монтер пути 3-5 разрядов). По каждой должности предусмотрено порядка тысячи вопросов. В системе предусмотрена автоматизация ведения всей документации на всех уровнях планирования и проведения отчета проверки знаний. Также полностью автоматизирована система анализа с выдачей всевозможных аналитических форм, как в табличном виде, так и в виде графиков.

По результатам эксплуатации системы на Октябрьской дороге был проведен анализ динамики изменений уровня знаний тестируемого персонала. Количество правильных ответов увеличилось на 8% в целом по всем

работникам. Динамика изменений уровня знаний у поездных диспетчеров за этот же период составляет 14%.

Заключение

В результате проведенного исследования предложено научное решение важной хозяйственной задачи - обеспечение допустимого уровня функциональной безопасности и требуемого уровня надежности объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта путем рационального распределения ресурсов на основе оценки рисков. Это достигается за счет разработанных ключевых положений методологии, научных основ и автоматизации управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта.

Основными научными и практическими результатами работы являются:

1. Выявлены основные причины неэффективного управления техническим содержанием инфраструктуры сети железных дорог России, связанные с формальным распределением инвестиций в инфраструктуру без учета достигнутых уровней надежности и безопасности составных объектов на всех этапах жизненного цикла и без учета оценки рисков возможного нарушения безопасности перевозочного процесса;

2. Разработаны ключевые положения методологии УРРАН, которые в развитие европейской методологии RAMS предусматривают комплексное управление не только надежностью и безопасностью, но и стоимостью жизненного цикла объектов железнодорожного транспорта с учетом оценки рисков и долговечности.

3. Разработанная система эксплуатационных показателей обеспечивает оценки достигнутых для инфраструктуры железнодорожного транспорта свойств надежности, безопасности, стоимости жизненного цикла с учетом объема выполненной объектами эксплуатационной работы.

4. Впервые создана возможность для принятия управленческих решений по техническому содержанию инфраструктуры железнодорожного транспорта на основе оценки рисков.

5. Сформулирована и доказана теорема расчета стационарных показателей надежности и функциональной безопасности сложных технических систем с произвольной структурой непосредственно по графу их состояний. На основании этой теоремы впервые для моделей полумарковских случайных процессов систем вычисляются следующие показатели: коэффициент безопасности, среднее время между опасными и/или защитными отказами, среднее время возврата в неопасное состояние.

6. Разработанный метод оценивания и прогнозирования транспортных происшествий и событий отличается от известных методов возможностями их оценки на основе рисков и прогнозированием происшествий на основе сочетания факторного анализа с апостериорной обработкой статистических данных с учетом возможных ущербов от транспортных происшествий и затрат на их предупреждение.

7. Разработан метод, который впервые позволяет оценивать и прогнозировать риски травматизма пешеходов на пешеходных переходах на основе адаптации теории импульсных потоков Н.М. Седякина к задачам определения опасных событий при пересечении потоков поездов и пешеходов и обеспечивает поддержку принятия решения по оборудованию пешеходных переходов.

8. Разработанный метод поддержки принятия решений о проведении работ по техническому содержанию объектов инфраструктуры отличается от известных тем, что позволяет на основе сформулированных решающих правил определять по техническому состоянию необходимость технического обслуживания объектов инфраструктуры и планировать приоритеты в проведении капитальных ремонтов наиболее проблемных по надежности участков пути.

9. Одним из основных результатов диссертационного исследования являются разработанные и внедренные АСУ ТП (КАС АНТ, АС УРРАН, АС РБ, КАСКОР), а также ситуационный центр ОАО «РЖД» (ИКСАР СЦ). Данные системы позволили:

- значительно повысить достоверность информационных ресурсов об отказах и технологических нарушениях. Так, с помощью системы КАС АНТ установлено ежегодное занижение количества регистрируемых отказов технических средств на железных дорогах ОАО «РЖД» в 4 раза;

- управлять техническим содержанием объектов железнодорожного транспорта по текущему состоянию их надежности и безопасности, что, в частности, обеспечивает продление назначенных сроков службы объектов при сохранении приемлемых уровней безопасности. Так, для ряда железнодорожных линий установлена возможность продления времени между капитальными ремонтами верхнего строения пути на 15-20%, что приводит к эффекту, исчисляемому сотнями млн. рублей;

- при дефиците финансовых средств назначать ремонт наиболее проблемных участков и обеспечивать надежную работу инфраструктуры и безопасность движения. Так, по данным опытной эксплуатации на Северной железной дороге установлена возможность на основании расчетов в АС УРРАН снизить в 2012г. более чем на 100 млн. рублей расходы на текущее содержание пути по сравнению с текущим планированием;

- объективно оценивать эксплуатационную деятельность структурных подразделений ОАО «РЖД» на основе перехода от существующей схемы балловой оценки к оценкам показателей надежности и безопасности объектов этих подразделений, как функций от объема выполненной эксплуатационной работы;

- осуществлять дистанционное обучение специалистов в соответствии со стандартами ОАО «РЖД».

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Монография по теме диссертации

1. Замышляев, А. М. Прикладные информационные системы управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте / А. М. Замышляев. - М.: Надежность, 2013. -136 с.

Публикации в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ

2. Замышляев, А. М. Автоматизированная система ведения баз данных технико-распорядительных актов железнодорожных станций / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг, С. В. Духин, В. И. Уманский, А. В. Шаповал // Транспорт: Наука, техника, управление. — 2003. - №5. - С. 26-34.

3. Замышляев, А. М. Новая технология ведения технико-распорядительных актов станций / А. М. Замышляев, К. П. Шенфельд, И. Н. Розенберг, С. В. Духин // Железнодорожный транспорт. - 2003. - №8. -С. 39-45.

4. Замышляев, А. М. Автоматизированная информационная система ревизора движения / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг, М. А. Аветикян // Железнодорожный транспорт. - 2004. - №7. - С. 46-48.

5. Замышляев, А. М. Автоматизированная система управления безопасностью движения / А. М. Замышляев, Б. М. Гордон, Е. В. Синицина // Железнодорожный транспорт. - 2006. - №9. - С. 17-19.

6. Замышляев, А. М. Организация технической учебы работников хозяйства перевозок с использованием методов дистанционного обучения / А. М. Замышляев, С. П. Вакуленко, А. В. Репьев // Мир транспорта. - 2007. — №2.-С. 130-139.

7. Замышляев, А. М. Система КАСАНТ: задачи, возможности, перспективы развития / А. М. Замышляев, Е. Н. Розенберг, И. Н. Розенберг, Г. Б. Прошин // Железнодорожный транспорт. - 2008. - №9. — С. 6-9.

8. Замышляев, А. М. Система КАСАНТ: второй этап внедрения / А. М. Замышляев, Г. Б. Прошин, А. А. Горелик // Автоматика, связь, информатика. - 2009. - №7. - С. 9-13.

9. Замышляев, А. М. Определение опасности возникновения транспортных происшествий и событий на основе контроля состояния факторов, влияющих на их возникновение / А. М. Замышляев, Е. Н. Розенберг, Г. Б. Прошин // Надежность. - 2009. - №3. - С. 37-50.

10. Замышляев, А. М. Совершенствование системы управления содержанием эксплуатационной инфраструктуры с применением современных информационных технологий / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг, Г. Б. Прошин // Надежность. - 2009. - №4. - С. 14-22.

11. Замышляев, А. М. Факторы влияния и виды нарушений безопасности движения (часть первая) / А. М. Замышляев, С. П. Вакуленко // Мир транспорта. - 2009.-№4. - С. 136-141.

12. Замышляев, А. М. Факторы влияния и виды нарушений безопасности движения (часть вторая) / А. М. Замышляев, С. П. Вакуленко // Мир транспорта. - 2010. - № 1. - С. 126-131.

13. Замышляев, А. М.. Предотвращение чрезвычайных ситуаций на железнодорожном транспорте с Использованием принципов ситуационного управления и непрерывного мониторинга объектов инфраструктуры и подвижного состава / А. М. Замышляев // Системы высокой доступности. -2010. -№4.- С. 14-22.

14. Замышляев, А. М. Построение системы ситуационного управления чрезвычайными ситуациями в ОАО «РЖД» / В. А. Гапанович, И. Н. Розенберг, А. М. Замышляев // Надежность. — 2010. - №4. - С. 2-11.

15. Замышляев, А. М. Система МАЛС и повышение надежности движения / А. М. Замышляев, В. И. Уманский // Мир транспорта №4. — 2010. -С. 128-135.

16. Замышляев, А. М. Некоторые вопросы управления ресурсами и рисками на железнодорожном транспорте на основе состояния эксплуатационной надежности и безопасности объектов и процессов (проект УРРАН) / А. М. Замышляев, В. А. Гапанович, И. Б. Шубинский // Надежность №1.-2011. —С. 2-8.

17. Замышляев, А. М. Информационная технология комплексного управления надежностью и функциональной безопасностью на железнодорожном транспорте / А. М. Замышляев // Надежность. - 2011. - №2. -С. 12-16.

18. Замышляев, А. М. Технология анализа и оценки рисков в эксплуатационной работе ОАО «РЖД» на основе показателей эксплуатационной надежности и безопасности / А. М. Замышляев // Ядерные измерительно-информационные технологии. - 2011. - №2(38). — С. 86-93.

19. Замышляев, А. М. Система управления рисками / А. М. Замышляев // Мир транспорта. - 2011. - №5. - С. 24-32.

20. Замышляев, А. М. Функциональная надежность программного обеспечения информационных систем / А. М. Замышляев, И. Б. Шубинский, Г. Б. Прошин // Надежность. - 2011. -№3. - С. 72-81.

21. Замышляев, А. М. Интеграция системы МАЛС в управление технологическим процессом / А. М. Замышляев, А. Г. Савицкий, М. В. Ильичев, С. И. Долганюк, А. В. Шурдак // Автоматика, связь, информатика. - №6 - 2011. - С. 38-43.

22. Замышляев, А. М. Построение и использование матриц рисков в системе управления рисками на железнодорожном транспорте / А. М. Замышляев, В. А. Гапанович, И. Б. Шубинский // Надежность №4. — 2011.-С. 56-68.

23. Замышляев, А. М. Модель оценки риска травматизма пешеходов на пешеходных переходах через железнодорожные пути в одном уровне с рельсами / А. М. Замышляев, А. О. Ермаков, Е. О. Новожилов // Надежность №1.-2012.-С. 94-105.

24. Замышляев, А. М. Статистическая оценка опасности возникновения происшествий на железнодорожном транспорте / А. М. Замышляев, Ю. С. Кан, А. И. Кибзун, И. Б. Шубинский // Надежность №2. -2012. -С. 104-117.

25. Shubinsky I. В., Zamyshlyaev А. М. Topological semi-Markov method for calculation of stationary parameters of reliability and functional safety of technical systems // Reliability: Theory & Applications. - 2012. - C. 12-22.

26. Замышляев, A. M. Топологический полумарковский метод расчета стационарных показателей надежности и функциональной безопасности технических систем / А. М. Замышляев, Шубинский И. Б // Ядерные измерительно-информационные технологии № 2 (42). - 2012. - С. 55-65.

27. Замышляев, А. М. Экономические критерии принятия решений о замене основных средств на основе методологии УРРАН / А. М. Замышляев, М. Ю. Рачковский, М. С. Никифорова // Экономика железных дорог №12. -2012.-С. 11-22.

28. Замышляев, А. М. Метод управления надежностью и функциональной безопасностью объектов железнодорожного транспорта на основе оценки рисков / А. М. Замышляев, А. О. Ермаков, Е. О. Новожилов // Надежность №4. - 2012. - С. 149-157.

29. Замышляев, А. М. Основные научные и практические результаты разработки системы УРРАН / А. М. Замышляев, Шубинский И. Б. // Железнодорожный транспорт №10. - 2012. - С. 23-28.

30. Замышляев, А. М. Создание системы АС УРРАН / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг, С. В. Калинин // Железнодорожный транспорт №10. - 2012. - С. 41-44.

31. Замышляев, А. М. Результаты внедрения проекта УРРАН в ОАО «РЖД» / А. М. Замышляев // Мир транспорта №1. - 2013 - С. 100-109.

32. Замышляев, А. М. Математическое и информационное обеспечение системы УРРАН / А. М. Замышляев, В. А. Гапанович, И. Б. Шубинский // Надежность №1. - 2013. - С. 2-9.

33. Замышляев, А. М. Анализ влияния факторов на ущерб от происшествий на транспорте с помощью регрессионных моделей / А. М. Замышляев, А. В. Горяинов, Е. Н. Платонов // Надежность №2. - 2013. -С. 3-17.

Другие работы, в которых опубликованы результаты диссертации

34. Замышляев, А. М. Комплексный подход к организации безаварийной работы станции / А. М. Замышляев // Доклады девятой международной научно-практической конференции «Инфотранс-2004». -СПб., 2004.-С. 105-107.

35. Замышляев, А. М. Комплекс автоматизированных систем контроля и анализа организации безаварийной работы станции по хозяйству перевозок / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг, Е. В. Синицина // Доклады девятой международной научно-практической конференции «Инфотранс-2004». -СПб., 2004.-С. 94.

36. Новая технология ведения техническо-распорядительных актов станций: учебное пособие для вузов ж. -д. транспорта / И. Н. Розенберг, С. В. Духин, А. М. Замышляев, Д. В. Цуцков. - М.: Маршрут, 2005г. - 304 с.

37. Замышляев, А. М. Методы и технологии повышения безопасности движения в службе перевозок / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг // I Международная научно-практическая конференция «Наука в транспортном измерении». - 2005. - С. 92.

38. Замышляев, А. М. Методы и технологии повышения безопасности движения в службе перевозок с использованием геоинформационных технологий / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг // Международная научно-

42

практическая конференция «Системы безопасности на транспорте». - Чешская Республика, Пшибрам, 08.04.2005. - С. 24- 26.

39. Замышляев, А. М. Повышение уровня организации профилактической работы по обеспечению безопасности движения на станциях / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг, С. П. Вакуленко // Труды шестой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М., 26-27 октября 2005г. - Том 2, С. ХП-27 - Х11-30.

40. Замышляев, А. М. Паспорт безопасности станции / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг, С. П. Вакуленко // Труды шестой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М., 26-27 октября 2005г. - Том 2, С. ХП-30 - ХН-32.

41. Замышляев, А. М. Повышение безопасности движения на основе комплексной оценки состояния инфраструктуры железнодорожной станции / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг // Международная научно-практическая конференция, посвященная 50-летию ВНИИАС «Современные тенденции развития средств управления на железнодорожном транспорте». - М., 30.05.2006г. - 02.06.2006г. - С. 218-223.

42. Замышляев, А. М. Современные подходы к обеспечению гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса / А. М. Замышляев, Г. Б. Прошин // Труды восьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М., 1-2 ноября 2007г. -Часть 2.

43. Замышляев, А. М. Ситуационный центр ЦРБ ОАО «РЖД» / А. М. Замышляев, Е. Н. Розенберг, И. Н. Розенберг // Труды девятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М., октябрь, 2008г.

44. Замышляев, А. М. Комплексная автоматизированная система учета, контроля устранения отказов технических средств и анализа их надежности (КАСАНТ) / А. М. Замышляев, Г. Б. Прошин // Труды девятой

научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М., октябрь, 2008г.

45. Замышляев, А. М. Ситуационный центр ОАО «РЖД» - основной инструмент реализации функциональной стратегии обеспечения гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса / А. М. Замышляев, И. Н. Розенберг // Труды ОАО «НИИАС» 9-й выпуск. -

2011.-С. 124.

46. Замышляев, А. М., Комплексная автоматизированная технология управления работой железнодорожных станций / А. М. Замышляев, А. Г. Савицкий, Д. В. Цуцков // Труды ОАО «НИИАС» 9-й выпуск. - 2011. -С. 154.

47. Замышляев, А. М. Управление ресурсами, рисками на этапах жизненного цикла и анализ надежности (Проект УРРАН) / А. М. Замышляев // VI Международная научно-практическая конференция «Системы безопасности на транспорте». - Чешская Республика, Прага, 15.04.2011г. -16.04.2011r.-C. 37-42.

48. Замышляев, А. М. Ситуационное управление корректирует риски аварий / А. М. Замышляев, А. Ю. Кошкин, И. Н. Розенберг // РЖД-Партнер. -

2012. -№3.~ С. 56-58.

49. Замышляев, А. М. Использование коэффициента простоя для оценки надежности инфраструктуры и ее влияния на перевозочный процесс /

A. М. Замышляев, Е. О. Новожилов // Труды первой научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления на железнодорожном транспорте ИСУЖТ-2012». - М., 15-16 ноября 2012г.

Патент:

1. Способ определения времени проведения очередного профилактического обслуживания объекта и система для его реализации. /

B. А. Гапанович, А. О. Ермаков, А. М. Замышляев, Г. Б. Прошин,

Е. Н. Розенберг, И. Н. Розенберг, И. Б. Шубинский — Патент РФ на изобретение № 2475854 МПК С07СЗ/08, 2013.

Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве

В работах [7-9, 15, 17, 29, 30, 31,32, 35, 36, 37, 45, 48, 49] - архитектура и информационное обеспечение систем АС РБ, ИКСАР СЦ, АС ТРА, КАСКОР и АС УРРАН, в [10,12, 16, 46]- информационное обеспечение и архитектура систем КАСАНТ, [25, 26] - теорема определения коэффициента готовности сложных технических систем топологическим методом, [20, 23] -методика и практические результаты построения матрицы рисков, [18, 27, 28, 40]- анализ результатов внедрения системы УРРАН, [19]- показатель правильности выполнения программного обеспечения, в работах [11,13,14, 24, 33, 34, 38, 39, 41, 42, 43, 44, 47] - метод прогнозирования транспортных происшествий, задачи и способы повышения безопасности движения, [21] -метод оценки и прогнозирования травматизма на пешеходных переходах, [22] - подход к оценке стоимости жизненного цикла объектов.

Замышляев Алексей Михайлович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.13.06- Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами (транспорт)

Подписано к печати f¿), /./

Тираж 100 экз. Заказ №_ $16

127994, Россия, г. Москва, ул. Образцова, дом 9, стр.9, УПЦ ГИ МИИТ

Объем 3 п.л. Формат 60x84/16

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

(МГУПС (МИИТ))

0520"! 450627 На правах рукописи

ЗАМЫШЛЯЕВ АЛЕКСЕЙ МИХАИЛОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и

производствами (транспорт)

Диссертация

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант доктор технических наук, профессор И.Б. Шубинский

Москва-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................7

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА...............................................................................................................13

1.1. Анализ состояния проблемы управления надежностью....................................13

1.2. Состояние проблемы управления функциональной безопасностью на железнодорожном транспорте.....................................................................................19

1.3. R!AMS - методология управления безотказностью, готовностью, ремонтопригодностью и безопасностью - достоинства и недостатки....................29

1.4. Состояние проблемы управления рисками.........................................................31

1.5. Анализ состояния проблемы управления стоимостью жизненного цикла (СЖЦ).............................................................................................................................44

1.6. Цели и задачи исследования.................................................................................48

1.7. Выводы....................................................................................................................51

2. КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ, БЕЗОПАСНОСТЬЮ, РИСКАМИ И РЕСУРСАМИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ...............................................................................................................54

2.1. Назначение и цели концепции..............................................................................54

2.2. Методология УРРАН - развитие методологии RAMS......................................61

2.3. Эталонные объектно-элементные модели для расчетов надежности объектов инфраструктуры............................................................................................................69

2.3.1. Основные характеристики эталонной объектно-элементной модели верхнего строения пути.................................................................................................................69

2.3.2. Основные характеристики эталонной объектно-элементной модели объектов автоматики и телемеханики.........................................................................73

2.3.3. Основные характеристики эталонной объектно-элементной модели объектов электрификации и электроснабжения........................................................74

2.4. Система управления техническими рисками на железнодорожном транспорте .........................................................................................................................................81

2.5. Метод оценки и прогнозирования рисков травматизма пешеходов на пешеходных переходах.................................................................................................89

2.6. Выводы..................................................................................................................103

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ, БЕЗОПАСНОСТЬЮ, РИСКАМИ И РЕСУРСАМИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.................................................................105

3.1. Структура математического обеспечения системы управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте.............105

3.2. Модуль расчета и прогнозирования надежности и функциональной безопасности сложных технических систем железнодорожного транспорта......110

3.2.1. Задачи модуля....................................................................................................110

3.2.2. Теорема расчета стационарных показателей надежности и функциональной безопасности сложных технических систем............................................................113

3.2.3. Оценки нестационарных показателей надежности и безопасности системы .......................................................................................................................................122

3.3. Метод поддержки принятия решения о проведении работ по техническому содержанию объектов инфраструктуры...................................................................125

3.3.1. Решающее правило по управлению техническим обслуживанием объекта путевой инфраструктуры............................................................................................127

3.3.2. Структурная схема системы поддержки принятия решения по управлению техническим содержанием.........................................................................................134

3.3.3. Решающее правило о назначении капитальных ремонтов участка пути.... 137

3.3.3.1. Управление ресурсами в хозяйстве пути.....................................................138

3.3.3.2. Управление ресурсами в хозяйствах автоматики и телемеханики и электрификации и электроснабжения.......................................................................147

3.4. Метод оценивания и прогнозирования транспортных происшествий на основе состояния факторного анализа с апостериорной обработкой статистических данных..........................................................................................................................152

3.4.1. Введение.............................................................................................................152

3.4.2. Факторный анализ и его нормативная база....................................................154

3.4.3. Классификация факторов.................................................................................158

3.4.4. Статистический метод поддержки принятия решений.................................163

3.4.5. Асимптотические свойства критерия..............................................................168

3.4.6. Алгоритм поддержки принятия решений.......................................................170

3.5. Выводы..................................................................................................................174

4. ПРИКЛАДНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ, БЕЗОПАСНОСТЬЮ, РИСКАМИ И РЕСУРСАМИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.................................................................176

4.1. Архитектура информационной технологии комплексного управления надежностью, безопасностью, рисками и ресурсами на железнодорожном транспорте....................................................................................................................176

4.2. Комплексная автоматизированная система учета, контроля устранения отказов технических средств и анализа их надежности (КАСАНТ).....................181

4.2.1. Цель создания системы.....................................................................................181

4.2.2. Архитектура и требования к эксплуатации системы....................................183

4.2.3. Функции системы..............................................................................................191

4.3. Автоматизированная система управления безопасностью движения (АС РБ) .......................................................................................................................................193

4.3.1. Цель создания системы.....................................................................................193

4.3.2. Архитектура и требования к эксплуатации системы....................................194

4.3.3.Функции системы...............................................................................................199

4.3.4. Описание задач работы подсистем..................................................................200

4.4. Автоматизированная система управления ситуационного центра ОАО «РЖД» (ИКСАР СЦ)................................................................................................................204

4.4.1. Цели и задачи ИКСАР СЦ................................................................................204

4.4.2. Архитектура ИКСАР СЦ..................................................................................211

4.4.3 Описание работы подсистем ИКСАР СЦ........................................................214

4.5. Система анализа и оценки рисков в эксплуатационной работе ОАО «РЖД» на основе показателей эксплуатационной надежности и безопасности (АС УРРАН) .......................................................................................................................................220

4.5.1. Цели и задачи создания системы.....................................................................220

4.5.2. Архитектура системы.......................................................................................221

4.5.3. Функции подсистем АС УРРАН......................................................................224

4.6. Корпоративная автоматизированная система контроля знаний работников ОАО «РЖД», связанных с обеспечением безопасности движения поездов, на базе СДО (КАСКОР)...........................................................................................................228

4.6.1. Цель создания системы.....................................................................................228

4.6.2. Архитектура и требования к эксплуатации системы....................................230

4.6.3. Функции системы..............................................................................................236

4.7. Выводы..................................................................................................................239

5. ВНЕДРЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ, БЕЗОПАСНОСТЬЮ, РИСКАМИ И РЕСУРСАМИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ.................................................................241

5.1. Внедрение Комплексной автоматизированной системы учета, контроля устранения отказов технических средств и анализа их надежности (КАСАНТ). 241

5.1.1. Предпосылки создания системы......................................................................241

5.1.2. Основные результаты эксплуатации системы...............................................242

5.1.3. Эффективность использования и перспективы развития системы..............249

5.2. Внедрение автоматизированной системы управления безопасностью движения (АС РБ).......................................................................................................250

5.2.1. Предпосылки создания системы......................................................................250

5.2.2. Основные этапы развития системы.................................................................253

5.2.3. Основные результаты эксплуатация системы на сети железных дорог......256

5.2.4. Эффективность использования и перспективы развития системы..............263

5.3. Внедрение корпоративной автоматизированной системы контроля знаний работников ОАО «РЖД», связанных с обеспечением безопасности движения поездов, на базе СДО (КАСКОР)..............................................................................265

5.3.1. Предпосылки создания системы......................................................................265

5.3.2. Основные результаты разработки и внедрения системы..............................268

5.3.3. Эффективность использования и перспективы развития системы..............273

5.4. Внедрение системы анализа и оценки рисков в эксплуатационной работе ОАО «РЖД» на основе показателей эксплуатационной надежности и безопасности (АС УРРАН).........................................................................................275

5.4.1. Предпосылки создания системы......................................................................275

5.4.2. Основные результаты эксплуатации системы на Северной железной дороге .......................................................................................................................................276

5.4.2.1.Управление надежностью..............................................................................276

5.4.2.2. Управление ресурсами в хозяйстве пути.....................................................283

5.4.2.3. Управление рисками......................................................................................287

5.4.3. Эффективность использования и перспективы развития системы..............288

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................289

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...................................................292

ПРИЛОЖЕНИЕ №1....................................................................................................309

ПРИЛОЖЕНИЕ №2....................................................................................................316

ПРИЛОЖЕНИЕ №3....................................................................................................319

ПРИЛОЖЕНИЕ №4....................................................................................................328

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный транспорт как системообразующая отрасль России обеспечивает взаимодействие различных сфер материального производства, межотраслевые и межрайонные связи, создает необходимые условия для непрерывного функционирования экономики, комплексного и взаимосвязанного развития всех ее составляющих. Однако, техническое содержание сети железных дорог России, требует больших экономических затрат, связанных с поддержанием надежности объектов инфраструктуры и обеспечением безопасности перевозочного процесса. В настоящее время доля стоимости основных фондов инфраструктуры составляет более 60% от общей стоимости основных средств ОАО «РЖД», а доля эксплуатационных затрат на объекты инфраструктуры составляет порядка 35% от общего объема затрат. Оптимизация расходов на содержание инфраструктуры является одной из ключевых задач компании. В результате многолетнего недофинансирования износ основных фондов постоянно увеличивался, что привело к тому, что в настоящее время износ некоторых элементов инфраструктуры компании, наиболее критичных по последствиям выхода из строя, достиг 70%.

В условиях ограниченных ресурсов выбор неверного решения может привести к нерациональному планированию ремонтных работ на участках инфраструктуры, которые формально по времени требуют ремонта, однако имеют приемлемый уровень надежности. С другой стороны, проблемные по надежности участки инфраструктуры продолжают эксплуатироваться без модернизации или капитальных ремонтов или хотя бы текущих восстановительных работ. Это, в свою очередь, приводит к рискам возникновения транспортных происшествий.

Для рационального управления ограниченными ресурсами требуется выполнение как минимум двух условий:

1. Получение в реальном времени объективной информации о состоянии надежности и функциональной безопасности всех объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта.

2. Разработка методологии и создание на ее основе инновационной информационной технологии поддержки принятия решений по техническому содержанию и обеспечению функциональной безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта на линейном, региональном и сетевом уровнях.

Первое условие предусматривает создание и внедрение на всей сети железных дорог России автоматизированной прикладной информационной системы сбора, анализа и обработки данных об отказах объектов инфраструктуры и транспортных происшествий. Однако это необходимое, но недостаточное условие поскольку результаты управления надежностью и безопасностью определяются с помощью системы эксплуатационных показателей, которые зависимы как от статистических данных и текущих экономических затратах, так и от объема выполняемой объектами инфраструктуры эксплуатационной работы. Поэтому требуется создание математического обеспечения для автоматизированного расчета эксплуатационных показателей надежности и безопасности всех объектов инфраструктуры на линейном, региональном и сетевом уровнях. При этом необходимо осуществлять расчет текущей стоимости жизненного цикла с учетом состояния надежности и безопасности составных объектов инфраструктуры.

Второе условие означает, что поскольку принципиально невозможно

создать и в последующем эксплуатировать объект с идеальной надежностью и

безопасностью, то следует в решение этой задачи вкладывать такие средства,

которые реально имеются и оправданы с точки зрения снижения надежности и безопасности. Иначе говоря, остаточный риск возникновения транспортных

происшествий должен иметь приемлемый уровень.

В этих условиях возникает противоречие между коммерческим интересом владельца инфраструктуры железнодорожного транспорта, направленным на интенсификацию эксплуатации инфраструктуры, с одной стороны, и необходимостью технологических перерывов в эксплуатационной работе в целях поддержания приемлемых уровней надежности и безопасности, с другой стороны. Данное противоречие может быть снято путем разработки методологии

комплексного управления надежностью, безопасностью, ресурсами и рисками и реализации ее в информационной технологии поддержки принятия решений по техническому содержанию инфраструктуры железнодорожного транспорта. Эта инновация предназначена для обработки данных об отказах объектов и транспортных происшествий в реальном времени, выявления наиболее проблемных с точки зрения надежности и безопасности участков пути, поддержки принятия решений по распределению ограниченных ресурсов на техническое содержание и оценки остаточных рисков обеспечения безопасности перевозочного процесса.

Следует констатировать, что в такой постановке проблема разработки

механизма комплексного управления надежностью, безопасностью, ресурсами,

рисками, а также стоимостью жизненного цикла объектов инфраструктуры

железнодорожного транспорта в отечественной научной литературе еще не

ставилась. Тем не менее при решении многих весьма важных проблем и задач в

области управления надежностью, безопасностью, рисками отмеченная проблема

в той или иной мере затрагивалась, обозначались возможные подходы к ее

решению и предлагались отдельные заслуживающие внимания результаты. Так, в

работах Й. Брабанта, Л. А.Баранова, П. Ф. Бестемьянова, В. М. Лисенкова,

Е. Н. Розенберга, В. В. Сапожникова, Вл. В. Сапожникова, Д. В. Шалягина,

X. Шебе, И. Б. Шубинского и др. сформированы теоретические основы

функциональной безопасности на железнодорожном транспорте. Однако

предлагаемые решения, как правило, носят локальный характер и сводятся к построению моделей функциональной безопасности многоканальных и

многоуровневых технических систем.

Отдельные постановки задач и обсуждение перспективных направлений проблемы исследования надежности сложных восстанавливаемых систем встречались в фундаментальных работах отечественных и зарубежных ученых Ф. Барлоу, Ю. К. Беляева, Б.В. Гнеденко, Г. В. Дружинина, В. А. Каштанова, Ф. Прошана, К. Райншке, А. Д. Соловьева, Г. Н. Черкесова, И. А. Ушакова и др.

Собственно, заложенные в них идеи позволяют сформировать методологическую основу н�