автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технической подготовки подвижного состава на базе информационных технологий

Введение.4.

Глава 1. Анализ технической подготовки и надежности подвижного состава. 10.

1.1. Состояние вопроса анализа технического состояния подвижного состава. 10.

1.2. Цель и задачи исследования. 26.

Глава 2. Основы автоматизации технической подготовки подвижного состава. 30. 2.1. Анализ технической надежности подвижного состава. 30.

2.2. Математическая модель надежности подвижного состава. 35.

2.3. Математические модели надежности структурных единиц подвижного состава. 44.

2.4. Математическая модель объемного планирования ремонтных работ в сети железных дорог. 58.

2.5. Информационная модель структурной единицы подвижного состава. 68.

2.6. Надежность корпоративной информационной сети для технической подготовки подвижного состава. 72.

2.7. Выводы по второй главе и полученные результаты. 81.

Глава 3. Системы неразрушающего контроля структурных единиц подвижного состава. 84.

3.1. Особенности работы элементов подвижных единиц на железнодорожном транспорте. 84.

3.2. Основные требования к дефектоскопам электропроводящих материалов. 88.

3.3. Анализ параметрической чувствительности вихретокового преобразователя. 103.

3.4. Структурная схема устройства диагностики и его возможные варианты. 112.

3.5. Выводы по третьей главе и полученные результаты. 127.

Глава 4. Оценка эффективности инновационных вложений в обеспечении технического состояния подвижного состава. 128.

4.1. Анализ эффективности капиталовложений в технологии ремонта. 128.

4.2. Автоматизация контроля деталей буксового подшипника. 133.

4.3. Автоматизированный участок ремонта буксовых подшипников. 135.

4.4. Информационное обеспечение технологической линии. 143.

4.5. Выводы по четвертой главе и полученные результаты. 146. Заключение. 147. Библиографический список.

Российские железные дороги вступили в период структурных реформ. Меняются технологии работы, юридический статус, имущественные отношения, но самое главное - меняется психология управления. Необходимо осознать, что в условиях рынка железнодорожные перевозки - это, прежде всего, бизнес, эффективное инвестирование в перспективные проекты, гарантирующие прибыль. Как и любая бизнес-структура, железные дороги имеют свои ресурсы - локомотивы, подвижной состав, самую развитую в мире сеть железных дорог общей протяженностью свыше 86 тыс. км уникальную централизованную систему управления перевозками.

Естественно, главная задача - эффективно распорядиться этими ресурсами. От того, насколько качественно будут использоваться, напрямую будет зависеть уровень заработной платы работников железных дорог, возможность дальнейшего развития отрасли, обновление изношенных основных средств и т.д.

Отрасли, в которой осуществляется реформирование, предстоит перейти на качественно новый уровень. И это при том, что износ основных средств в среднем по сети составляет 50%, износ локомотивного парка на отдельных дорогах достигает 78%, вагонного парка - до 65%.

По данным независимых аудиторов, для нормального функционирования отрасли на современном уровне качества в железнодорожный транспорт в течение ближайших пяти лет необходимо инвестировать около 760 млрд. руб.

Поэтому оптимально распорядиться имеющимися ресурсами возможно только при условии использования современных технологий управления, внедрения передовых бизнес-процессов, интеграции в единую транспортную инфраструктуру страны и развития транспортных коридоров в направлениях Север - Юг, Восток - Запад.

Интенсивное строительство цифровой системы передачи данных на базе семейства протоколов TCP/IP позволяет пересмотреть принципы построения информационных систем. До настоящего времени основными были принципы обмена сообщениями и концентрация информации в месте ее обработки для предоставления пользователю. Теперь становится возможным реальный переход от технологии «запрос - справка» к технологии «клиент - сервер», при которой множество типовых серверов, объединенных в систему передачи данных (СПД МПС), территориально разнесено по всей сети железных дорог, а клиентские приложения работают на компьютерах независимо от их территориального расположения по отношению к серверам.

Новая сеть должна обеспечить доступность ресурсов на уровне 99,8%. Для функционирования действующих автоматизированных систем СПД поддерживает существующие транспортные протоколы, обеспечивает всех пользователей разными видами сервиса, предоставляет возможность их группировки в корпоративные виртуальные сети, обеспечивает безопасность сетевых ресурсов.

Развивается вычислительная инфраструктура отрасли, увеличивается производительность ЭВМ информационно-вычислительных центров. И если в 1998 г. суммарная производительность компьютеров составляла 1000 Mips, а внешняя память - порядка 11 Тбайт, то в 2001 г. эти показатели составили соответственно 4500 Mips и 16,5 Тбайт.

Создание таких мощностей позволяет перевести программу информатизации на качественно новый уровень. В предыдущие годы в системе МПС создавались отдельно стоящие информационно-прикладные системы, каждая из которых выполняла одну или несколько задач в строго определенном функциональном коридоре. К ним относятся, например, системы пономерного учета вагонного и локомотивного парков ДИСПАРК и ДИСТПС, одна из которых - ДИСПАРК - работает в промышленном режиме на всей сети дорог уже больше года, а фрагменты локомотивной системы пока находятся в опытной эксплуатации. Обе эти системы на практике доказали свою работоспособность, они экономически эффективны, выполняют заданные функции мониторинга локомотивного и вагонного парков.

То же самое относится к системе управления сортировочной станцией (АСУ СС), системе автоматической идентификации «Пальма», системе управления пассажирскими перевозками «Экспресс», которая изначально проектировалась для резервирования мест и продажи билетов. Новая версия этой системы «Экспресс-3» способна обеспечить автоматизацию управления всем .пассажирским комплексом и позволяет контролировать все технологические процессы, начиная от составления плана формирования поездов и управления парком пассажирских вагонов и заканчивая экономическим и финансовым анализом перевозок.

В настоящее время реализуется системный проект информатизации отрасли, в котором использован качественно новый механизм взаимоувязки функциональных подсистем. Он основан на построении логико-математических моделей взаимодействия между функциональными подсистемами. Пока проект дорабатывается, в него вносятся соответствующие коррективы, но уже сейчас можно говорить о том, что в ближайшем будущем можно полностью перейти от информационных систем к информационно-управляющим, т.е. к новой вертикально интегрированной модели централизованного управления отраслью.

Одним из ключевых компонентов такой модели выступает система управления перевозочным процессом, основанная на создании Центра управления перевозками (ЦУП МПС), семи региональных центров управления движением (ЦУПРов) и опорных центров (ОЦ) на дорогах. Система ЦУП - ЦУПР - ОЦ меняет структуру управления. Масштабы полигонов управления поездной работой, а также потоками грузов и вагонов расширяются до уровня регионов и сети в целом. А управление местной работой концентрируется в опорных центрах.

На сетевом уровне основной задачей управления остается управление вагонным и локомотивным парками, здесь осуществляется слежение за изменением состояния парков, и строятся необходимые прогнозы. На региональном уровне решается задача управления поездной работой, т.е. отслеживаются и фиксируются события с поездами, контролируется подвод поездов к выделенным объектам, прогнозируется движение поездов по участку.

Опыт внедрения единых центров диспетчерского управления на дорогах показал, что только за счет организационных изменений и автоматизации процесса управления удается сократить оперативный диспетчерский персонал на 30%, а административный аппарат - на 25%. Кроме того, практика доказывает, что внедрение новой эксплуатационной модели позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы, повысить производительность труда (а за последние пять лет этот показатель на российских железных дорогах увеличился почти в два раза), поднять уровень рентабельности перевозок, сократить сроки оборота вагонов и снизить долю транспортной составляющей в конечной цене продукции.

Единая информационная среда отрасли создает необходимые предпосылки для формирования общего информационного ресурса всего транспортного комплекса России, На ее основе через WEB-порталы будет осуществляться взаимодействие всех видов транспорта как с агентами рынка транспортных услуг, так и с органами государственного управления.

Квинтэссенцией информатизации должен стать реально работающий в активном режиме центр ситуационного управления. Центр должен позволить высшему менеджменту отрасли принимать правильные стратегические решения, объективно и достоверно оценивать текущую ситуацию и оперативно воздействовать на те или иные сегменты управления жизнедеятельности транспорта.

Целью настоящей работы является повышение эффективности эксплуатации структурной единицы подвижного состава (вагоны, локомотивы, платформы и т.д.) за счет автоматизации их технической подготовки на базе интегральной информационной системы (мониторинговой системы).

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

• Разработана математическая модель надежности структурных единиц подвижного состава;

• Разработана надежностная модель подвижного состава при составлении поездов;

• Разработана информационная модель структурной единицы подвижного состава для автоматизации технической подготовки подвижного состава для автоматизации технической подготовки подвижного состава с учетом схемы сборки и разборки структурных единиц при техническом обслуживании;

• Разработана информационная модель диагностирующих средств с идентификацией информационной модели структурной единицы.

В связи с вышеизложенным, при интегральной автоматизации железных дорог, вопросы автоматизации и управления, связанные с оценкой качества эксплуатации подвижного состава, и, прежде всего с экономической эффективностью его использования, приобретают первостепенное значение. Среди составляющих эффективности можно выделить следующие компоненты:

• надежность подвижных единиц и вытекающая из неё безаварийность работы железных дорог;

• повышение оборачиваемости подвижных единиц (локомотивы, вагоны) и сокращение непроизводительного использования;

• увеличение срока службы путём своевременной диагностики и вытекающей из неё политики обслуживания;

• повышение эффективности ремонта и обслуживания подвижных единиц.

Круг перечисленных проблем достаточно многообразен. Одно из технических и научных направлений при этом - введение методик ремонта подвижного состава по текущему состоянию. Оно требует решения ряда организационных, экономических и технических задач. К ним относятся анализ повреждаемости узлов подвижного состава и набор статистик по отказам; разработка приборов и алгоритмов диагностики, разработка новых технологий ремонта и обслуживания подвижных единиц.

В первой главе дан анализ существующих методов описания влияния узлов подвижных единиц на общее их состояние. Кроме того, проведен анализ влияния технического обслуживания и ремонта на надежность структурной единицы. В этой же главе сформулированы решаемые задачи.

Во второй главе разработаны математические модели для оценки технического состояния подвижного состава, структурных единиц, разработана информационная модель структурных единиц подвижного состава, разработана математическая модель и ее решение объемного планирования ремонтных работ по сети железных дорог, разработана надежностная модель корпоративной интегральной информационной системы.

В третьей главе рассмотрены вопросы настройки и испытания дефектоскопов и предложены рациональные алгоритмы настройки. Приведены результаты экспериментальных исследований сигналов. Приведены алгоритмы настройки разработанных дефектоскопов.

В четвёртой главе предложены способы расширения возможностей дефектоскопов на основе совершенствования элементной базы и алгоритмов работы.

4.5. Выводы по четвертой главе и полученные результаты.

1. Предложена методика оценки эффективности пошаговых инновационных капитальных вложений в ремонтный участок конвейерного типа на примере поточной линии по ремонту буксовых подшипников.

2. Разработана структурная схема информационного обеспечения ремонтного предприятия при автоматизации технической подготовки подвижного состава.

Заключение.

Предложенная структура диаграммы неисправностей, построенная на основе узловой сборки структурной единицы подвижного состава, является основой отображения ее текущего технического состояния. Разработанные математические модели надежности основных структурных единиц подвижного состава являются основой для автоматизации их технической подготовки, а также для организации объемного планирования работы ремонтных подразделений сети железных дорог.

Исследование математической модели регламентного принципа организации технического обслуживания структурных единиц подвижного состава по сети железных дорог показывает, что для достижения стационарного режима работы ремонтных предприятий, то есть для уменьшения их суммарных избыточных производственных мощностей, необходимо резкое увеличение межремонтного периода структурных единиц подвижного состава, что требует использования новых конструкционных материалов и новых конструктивных решений для их узлов.

Рациональной схемой обеспечения технической подготовки подвижного состава является обслуживание их по текущему состоянию, основой которой являются разработанные математические модели надежности структурных единиц подвижного состава, что органически вписывается в существующую систему технического обслуживания.

Разработаны математические модели и получены расчетные формулы для определения вероятности безотказной работы по текущему моменту времени для следующих структурных единиц подвижного состава: грузовые и пассажирские вагоны, электровоз и тепловоз.

6. Разработаны математические модели объемного планирования работы ремонтных предприятий сети железных дорог по двум схемам технического обслуживания структурных единиц подвижного состава: регламентное и по текущему состоянию. Для обеих схем получены аналитические решения.

7. Разработана информационная модель структурных единиц подвижного состава, учитывая особенности технического обслуживания и технической диагностики.

8. Получены аналитические решения для расчета коэффициента готовности корпоративной информационной сети для следующих конфигураций: кольцевой, лучевой и комбинированной. Для информационной сети комбинированной конфигурации предложен алгоритм эквивалентного преобразования в кольцевую или лучевую, и разработаны расчетные формулы для такого преобразования.

9. На основании теории чувствительности получены основные соотношения для реализации ВТП в режиме дефектоскопа, приведен основных вариантов дефектоскопии с использованием различных алгоритмов оценивания, который показал, что наилучшие результаты обеспечивают дифференциальные алгоритмы.

10. На основании анализа аварийности подвижного состава железных дорог установлено, что наиболее уязвимыми являются узлы буксовых, автосцепных и тормозных систем, что требует оперативной дефектоскопии указанных узлов.

11. С учётом особых условий работы железнодорожного транспорта предложена классификационная модель алгоритмов неразрушающего контроля и проведён сравнительный анализ существующих алгоритмов. Определена целесообразность методов диагностики электромагнитной группы. По результатам анализа электромагнитных алгоритмов дефектоскопии получено, что наиболее целесообразны вихретоковые методы с панорамным размещением датчиков.

12. Предложена методика оценки эффективности пошаговых инновационных капитальных вложений в ремонтный участок конвейерного типа на примере поточной линии по ремонту буксовых подшипников.

13.Разработана структурная схема информационного обеспечения ремонтного предприятия при автоматизации технической подготовки подвижного состава.

1. Автоматизация планирования и сопровождения ремонтов подвижного состава железных дорог: Сб. научн. Трудов / МИИТ, 1998. 216 с.

2. Амелина А.А. Устройство и ремонт вагонных букс с роликовыми подшипниками. М., Транспорт, 1975. 286 с.

3. Аполлонский С.М. Справочник по расчёту электромагнитных экранов. JL, Энергоатомиздат, 1988. 224 с.

4. Ахиезер А.И. Общая физика. Электрические и магнитные явления: Справ, пособие. Киев, Наук, думка, 1977. 476 с.

5. Батюшкин Т.К. и др. Технология машиностроения, ремонт и надёжность вагонов. М., Машиностроение, 1990. 358 с.

6. Бомбардиров П.П. Вагонные буксы с подшипниками скольжения. М., Транспорт, 1979. 126с

7. Бухгольц Г. Расчёт электрических и магнитных полей: Пер. с немецкого. М., Иностранная литература, 1961.- 712 с.

8. Вагоны: Номенклатурный каталог. / ЦНИИТЭИ тяжмаш, 1999. 74 с.

9. Ведомственные нормы технологического проектирования электровозных, тепловозных и моторвагонных депо. Утв. 28.12.1989 г. М., Транспорт, 1992. 116 с.

10. Ю.Вопросы совершенствования системы ремонтов электроподвижного состава при применении средств и методов технического диагностирования: Сб. научн. трудов / ВНИИЖТ; Под. ред. А.Т. Овсяева. М., Транспорт, 1991. - 116 с.

11. П.Вотлинг А.А. Расчёт вагонных подшипников качения. JL, Транспорт, 1983.-76 с.

12. Герасимов В.Г. Электромагнитный контроль однослойных и многослойных изделий. М., Энергия, 1972. 160 с.

13. Герасимов В.Г., Клюев В.В., Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. М., Энергоатомиздат, 1983. -272 с.

14. М.Головаш А.Н., Шахов В.Г. К расчёту электромагнитных датчиков проводящих материалов. Омский научн. вестник, вып.11. Омск, 2000, с. 73 76.

15. Головаш А.Н., Щапин Ю.С. Совершенствование технологии ремонта подшипников в вагонных и локомотивных депо: Сб. научн. трудов / ОмГУПС. Омск, 2000.

16. Гольдштейн Л.Д. , Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М., Сов. радио, 1971. 602 с.

17. ГОСТ 520 2000. Подшипники качения. Правила проверки и технического контроля.

18. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Советское радио, 1982.-386 с.

19. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. М., АН СССР, 1948. 647 с.

20. Грузовые вагоны железнодорожные колеи 1520 мм: Руководство по капитальному ремонту №4860ЦВ. М., Транспорт, 1993. 110 с.

21. Грузовые вагоны железнодорожные колеи 1520 мм: Альбом -справочник. М., Транспорт, 1989. 176 с.

22. Гроот С.Р., Сатторн Л.Т. Электродинамика. М., Наука, 1982. 560 с.

23. Деповский ремонт электровозов переменного тока / Под ред. А.Т. Головатого. М., Транспорт, 1976. 439 с.

24. Джексон Д. Классическая электродинамика. М., Мир, 1965. 702 с.

25. Демирчян К.С., Чечурин В.Л. Машинные расчёты электромагнитных полей. М., Высш. школа, 1986. 240 с.

26. Дорофеев А.Л. Неразрушающие испытания методом вихревых токов. М., Оборонгиз, 1961. 156 с.

27. Дорофеев А.Л., Никитин А.И., Рубан А.Л. Индукционная толщинометрия. М., Энергия, 1969. 152 с.

28. Дорофеев А.Л. Вихревые токи. М., Энергия, 1977. 72 с.

29. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Т. Электромагнитная дефектоскопия. М., Машиностроение, 1980. 232 с.

30. Дунаев Ф.Н. Магнитная структура и процессы намагничивания ферромагнетиков. Свердловск, 1978. 109 с.

31. Дякин В.В., Сандовский В.А. Теория и расчёт накладных вихретоковых преобразователей. М., Наука, 1981. 136 с.

32. Емец Ю.П. Краевые задачи динамики анизотропно проводящих сред. Киев, Наук, думка, 1987. 253 с.

33. Ильин В.А. и др. Дефектоскопия деталей подвижного состава железных дорог. М., Транспорт, 1983.-315 с.

34. Ильинский А.С., Сленян Г.Л. Колебания и волны в электродинамических системах с потерями. М., Изд. МГУ, 1983. 231 с.

35. Исаков В.А. Диагностика повреждаемости литых деталей тележек грузовых вагонов. Автореферат дисс. канд. техн. наук. Омск, 1984. -22 с.

36. Каталог механизмов и приспособлений, применяемых при ремонте пассажирских вагонов в депо. М., Транспорт, 1969. 64 с.

37. Комплексная система управления качеством и эффективностью работы локомотивных депо: РД32ЦТ16-84. М., Транспорт, 1986. 223

38. Красовская С.П. и др. Текущий ремонт и техническое обслуживание электровозов постоянного тока. М., Транспорт, 1989. 408 с.

39. Колесников П.М. Введение в нелинейную электродинамику. Минск, "Наука и техника", 1971. 382 с.

40. Лукин В.В. и др. Конструирование и расчёт вагонов: Учебник для вузов. М., УМК МПС, 2000. 731 с.

41. Лысенков В.М. Статистическая теория безопасности движения. М., ВИНИТИ РАН, 1999. 325.

42. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М., Транспорт, 1999. -216 с.

43. Мирдель Г. Электрофизика / Пер. с нем. М., Мир, 1972. 608 с.

44. Мешков И.Н., Чириков Б.В. Электромагнитное поле: В 2-х т. СО АН СССР. Новосибирск, Наука, 1987.

45. Надежность и прочность основных узлов вагонов: Сб. научн. трудов / ВНИИ вагоностроения. М., 1987. 102 с.

46. Некрасов Г.Н. Техническое обслуживание буксовых узлов вагонов. М., Транспорт, 1990. 44 с.

47. Нейман, Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: Т.З Электричество и магнетизм. М., Высш. школа, 1978. 336 с.

48. Нормативно методическая документация по внедрению АСППР в локомотивных депо. - М.: Транспорт, 2000. - 150 с.

49. Повышение надёжности вагонов, совершенствование методов их испытания, контроля и ремонта: Сб. научн. трудов / ВНИИЖТ; Под. ред. В.П.Ефимова. М., Транспорт, 1993. 121 с.

50. Повышение эффективности ремонта и технического обслуживания большегрузных вагонов в условиях Сибири: Сб. научн. трудов / ОмИИТ; Под. ред. В.В.Лукина. Омск, 1990. 64 с.

51. Повышение надёжности и совершенствование технического обслуживания и ремонта вагонов: Сб. научн. трудов, Свердловск, 1984.- 208 с.

52. Повышение качества ремонта и технического обслуживания подвижного состава: Сб. научн. трудов / ОмИИТ; Под. ред. В.В.Лукина. Омск, 1994. 86 с.

53. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов постоянного тока. М., Транспорт, 2000. 328 с.

54. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электровозов. М., Транспорт, 1997. 420 с.

55. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. М., Транспорт, 2000. 190 с.

56. Перель П.Я. Подшипники качения. Расчёт, проектирование и обслуживание опор: Справочник. М., Машиностроение, 1983. 343 с.

57. Скиба И.Ф. Организация, планирование и управление производством на вагоноремонтных предприятиях. М., Транспорт, 1978. 344 с.

58. Справочник по ремонту грузовых вагонов. М., Транспорт, 1970. -386 с.

59. Соколов М.М. Диагностирование вагонов. М., Транспорт, 1990. 197 с.

60. Соколов М.М. и др. Измерения и контроль при ремонте и эксплуатации вагонов. М., Транспорт, 1991. 157 с.

61. Технические средства диагностики. Справочник / Под ред. В.В. Клюева. М., Машиностроение, 1989. 672 с.

62. Тикадзуми Сосин. Физика ферромагнетизма. М., Мир, 1983. 302 с.

63. Тикадзуми Сосин. Физика электромагнетизма. Магнитные характеристики и практика применения. М., Мир, 1987. 402 с.

64. Тозони О.В. Математические модели для расчёта электрических и магнитных полей. Киев, Наук, думка, 1964. 304 с.

65. Увеличение надёжности и долговечности узлов вагонов: Сб. научн. трудов / ВЗИИТ; Под ред. Б.Н.Покровского М., 1978. 99 с.

66. Цюренко В.Н., Петров В.А. Надёжность роликовых подшипников в буксах вагонов. М., Транспорт, 1982. 96 с.

67. Шишков А.Д. и др. Организация, планирование и управление производством по ремонту подвижного состава. М., Транспорт, 1997. -343 с.

68. Сосунов Н.Н., Математическая модель подвижного состава. Вузы Сибири и Дальнего Востока - Транссибу: Доклады региональной научно-практической конференции. - Новосибирск: изд-во СГУПС, 2002 - стр. 326-330.

69. Сосунов Н.Н., Математическая модель надежности структурных единиц подвижного состава. Вузы Сибири и Дальнего Востока -Транссибу: Доклады региональной научно-практической конференции. - Новосибирск: изд-во СГУПС, 2002 - стр. 312-319.

70. Сосунов Н.Н., Анализ технической готовности подвижного состава.

71. Вузы Сибири и Дальнего Востока Транссибу: Доклады региональной научно-практической конференции. - Новосибирск: изд-во СГУПС, 2002-стр. 251-254.