автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Повышение эффективности организации поездной работы с учетом надежности восприятия распоряжений

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» ФГБОУ ВПО «УрГУПС»

На правах рукописи

Максимова Инна Николаевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЕЗДНОЙ РАБОТЫ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ВОСПРИЯТИЯ РАСПОРЯЖЕНИЙ

Специальность 05.02.22 - Организация производства (транспорт)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель - д-р. техн. наук, с.н.с. Неволин Дмитрий Германович

Екатеринбург - 2013

005539968

Работа выполнена в Федеральном бюджетном государственном образовательно учреждении высшего профессионального образования «Уральский государствен ный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО «УрГУПС»)

Научный руководитель - доктор технических наук, с.н.с.

Неволин Дмитрий Германович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, доцент

Александров Александр Эрнстович, ФГБОУ ВПО «УрГУПС», кафедра «Управление эксплуатационной работой», профессор;

- кандидат технических наук Фирстов Сергей Валерьевич, Екатеринбургский вычислительный центр, филиал структурного подразделения ОАО «РЖД», главный инженер.

Ведущая организация - Федеральное бюджетное государственное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» ФГБОУ ВПО «ОмГУПС» (г.Омск).

Защита состоится «23» декабря 2013 г. в 14.00 в ауд. Б2-15 на заседани диссертационного совета Д 218.013.02 созданного на базе ФГБОУ ВП «Уральский государственный университет путей сообщения» по адресу: 620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «УрГУПС». Автореферат разослан «21» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.Ф. Сирина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Железнодорожный транспорт представляет собой упорядоченную совокупность объектов, которые взаимодействуют друг с другом, обеспечивая функционирование транспортной отрасли как единого целого, как системы, реализующей перевозочный процесс, поездную работу. Одним из основных условий эффективной организации управления данной системой является четко налаженное взаимодействие и взаимосвязь всех технологических процессов. Оперативное руководство поездной работой осуществляется диспетчерским аппаратом. Диспетчер передает распоряжения машинистам локомотивов, станционным работникам и другому обслуживающему персоналу в оперативном порядке. К принимаемым распоряжениям предъявляются жесткие требования однозначности восприятия. Надежность организации данной системы позволяет обеспечить требуемые значения основных качественных и количественных показателей работы железных дорог.

На железнодорожном транспорте в настоящее время все средства диспетчерского управления функционируют в условиях воздействия влияний, которые приводят к снижению надежности восприятия распоряжений, временным задержкам основных технологических операций, снижению безопасности и значительным экономическим потерям.

Исследованиям, связанным с организацией поездной работы и повышением надежности восприятия распоряжений диспетчера в сложных условиях функционирования, посвящены труды ряда ученых России и других стран: Козлова П. А., Розенберга Е. Н., Акулиничева В. М., Бородина А. Ф., Дьякова Ю. В., Сотникова И. Б., Шарова В. А., Александрова А. Э., Нестерова В. Л., Смольянинова А. В., Митрохина В. Е., Михалева А. Н., Художиткова П. И., Покровского Н. Б., Прокиса Дж., Питерсона У. и др.

Таким образом, повышение эффективности организации поездной работы с учетом надежности восприятия распоряжений является актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям железнодорожного транспорта.

Цель работы - повышение эффективности организации поездной работы с учетом надежности восприятия распоряжений диспетчера.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ воздействия влияний в технологических сетях железнодорожного транспорта при различных условиях функционирования.

2. Разработать критерий надежности приема распоряжений диспетчера в сложных условиях функционирования.

3. Разработать меры повышения надежности приема на основании анализа воздействий, влияющих на технологические процессы управления.

4. Оценить степень влияния надежности приема распоряжений диспетчера на эффективность организации поездной работы.

Объект исследования - диспетчерская система организации поездной работы.

Предметом исследования является надежность восприятия распоряжений диспетчера.

Достоверность научных положений, выводов и результатов работы подтверждена экспериментальными исследованиями, критерием достоверности Колмогорова-Смирнова, логичным построением процесса исследования, корректным применением

современных методов исследования и общепринятых положений моделирования с использованием средств вычислительной техники.

Научная новизна работы:

1. Предложен классификационный признак воздействий, влияющих на прием диспетчерских распоряжений в районах организации движения.

2. Обоснован критерий надежности приема распоряжений диспетчера в сложных условиях.

3. Разработан метод обработки принимаемых диспетчерских распоряжений, позволяющих повысить надежность восприятия информации.

4. Установлено влияние надежности распоряжений диспетчера на показатели эффективности организации поездной работы.

Методы исследования. Для решения задач, поставленных в научной работе, применялись методы математического анализа, численного моделирования, теории моделей, теории вероятности и математической статистики, методы проектирования современных комплексов программ, методы программирования и имитационного моделирования.

Практическая значимость исследования. Результаты диссертационной работы направлены на повышение эффективности систем управления поездной работы:

— на основании выполненных исследований даны практические рекомендации по повышению надежности восприятия распоряжений диспетчера при организации поездной работы;

— разработанный программный комплекс может быть использован на предприятиях для анализа воздействий, влияющих на надежность восприятия распоряжений диспетчера.

На основании выполненных разработок достигается повышение эффективности системы организации поездной работы за счет более качественного восприятия распоряжений диспетчера.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенный новый классификационный признак влияющих воздействий -структура помехи, позволяющий провести наиболее полный анализ.

2. Критерий надежности приема распоряжений диспетчера на железнодорожном транспорте.

3. Метод повышения надежности приема диспетчерского распоряжения на основании анализа влияния воздействий на технологические процессы организации поездной работы.

4. Влияние надежности восприятия распоряжений диспетчера на эффективность систем организации поездной работы на железных дорогах.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на конференциях и семинарах:

— научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и трубопроводного транспорта в Уральском регионе» (Пермь, 2005 г.);

— Международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, УрГУПС, 2006 г.);

— XXVIII Российской школе «Наука и техника». Секция 4. «Динамика и управление» (Екатеринбург, УрО РАН, 2008 г.);

— Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», посвященной 130-летию Свердловской железной дороги (Екатеринбург, УрГУПС, 2008 г.);

- Международной научно-технической конференции «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура» (Екатеринбург, УрГУПС, 2011 г.);

— в Омском государственном университете путей сообщения (ОмГУПС), на расширенном заседании кафедры «Системы передачи информации» (2011 г.);

- в УрГУПС - на расширенных заседаниях кафедры «Связь» (2007 - 2010 гт.) и кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» (2013 г.).

Публикации. Основные результаты работы отражены в 10 печатных работах, в том числе две печатные работы, опубликованные в изданиях, входящих в «Перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ для публикации научных результатов диссертаций», один патент, два свидетельства о регистрации электронных ресурсов и одна монография.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 130 наименований. Работа изложена на 121 листе машинописного текста, содержит 25 рисунков, 23 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель, основные задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, выносимые на защиту научные положения и результаты.

В первой главе содержится анализ состояния проблемы.

Для обеспечения эффективной организации поездной работы требуется централизованное управление перевозочным процессом, предполагающее подчинение нижестоящих звеньев вышестоящим. Необходимым условием согласованной работы является хорошо налаженная диспетчерская система управления. Искажения, частичная или полная потеря информации могут привести к нарушению графика движения поездов, временным задержкам технологических операций на станциях и экономическим потерям. В настоящее время для организации поездной работы применяются различные системы передачи информации.

Для выявления наиболее слабого элемента, который приводит к понижению надежности восприятия диспетчерских команд и приказов, был проведен анализ отказов систем передачи информации. Выявлено, что наибольшее количество отказов происходит в системах передачи информации при организации поездной работы и превышает 53 %.

Одной из основных причин отказов является воздействие влияний (помех). Количество отказов по данной причине составляет 14 % от общего количества отказов.

Высокий уровень отказов по причине воздействия влияний на системы передачи информации вызван спецификой применения электронных составляющих в составе этих систем в условиях жесткой электромагнитной обстановки. В связи с этим в работе предлагается рассматривать не само воздействие влияний во всем его многообразии, а результат воздействия на интересующие системы. Соответственно, на основе такого рассмотрения необходимо выработать меры по снижению воздействия влияний на функциональ-

ность самих систем при любых формах воздействия, имеющего электромагнитную природу. Для решения поставленной задачи разработана модель исследования (рисунок 1).

ЦТ

Анализ влияния воздействий

—1 Разработка математической модели основных влияний

Создание алгоритма и программы оценки искажения распоряжений диспетчера

Разработка критерия оценки надежности восприятия распоряжений

И

1

Разработка мер повышения надежности восприятия распоряжений

ш

Разработка алгоритма и программы проверки качества предлагаемого

| 91 Разработка алгоритма и программ для оценки влияния надежности восприятия распоряжений на поездную работу

Оценка экономической ЭффекТВНОСТИ

Рисунок 1 - Модель исследования

Модель включает в себя анализ влияющих воздействий, разработку критерия надежности восприятия распоряжений диспетчера, оценку эффективности организации поездной работы и разработку методов для устранения выявленных недостатков.

Произведена полная классификация влияющих воздействий в местах организации движения, предложен новый классификационный признак - по структуре.

Во второй главе произведено математическое и компьютерное моделирование влияющих воздействий в различных условиях функционирования для выявления наиболее тяжелых ситуаций.

Последовательно проанализированы воздействия (простые и комплексные), влияющие на информацию, передаваемую по диспетчерским каналам.

По предлагаемой классификации при моделировании простых воздействий проведен анализ следующих ситуаций:

1. Влияние от коммутаций электрических цепей, грозовых разрядов, перенапряжений и линий электропередачи. Влияния имеют малую длительность и носят импульсный характер (ситуация 1).

2. Категория синусоидальных колебаний с изменяющимися или постоянными параметрами (амплитудой, частотой, фазой и длительностью) (ситуация 2).

3. Влияния, имеющие структуру, идентичную диспетчерскому распоряжению, передающемуся в поездной сети (ситуация 3).

К комплексным влияниям относятся различные комбинации двух или трех воздействий из перечисленных выше.

Для проведения наиболее полного анализа влияющих воздействий на прием распоряжений диспетчера в лабораторных условиях была произведена оценка различных методов воздействия - аддитивного и мультипликативного.

Анализ влияющих воздействий показал, что ввиду случайного характера их возникновения, различных источников и многообразия видов экспериментальное наблюдение в полевых условиях для выявления наиболее сложных ситуаций невозможно. Вследствие этого возникла необходимость разработки алгоритма и компьютерного моделирования влияющих воздействий на надежность приема распоряжений диспетчера.

В результате анализа полученных результатов сделаны следующие выводы:

1. Влияющие воздействия, как комплексные, так и простые, приводят к значительным искажениям распоряжений диспетчера и могут вызвать полную потерю информации или значительные ее искажения. Вследствие этого правильный и надежный прием будет невозможен, потребуется повторная передача.

2. Для количественной оценки степени искажений диспетчерской информации необходима разработка критерия надежности приема распоряжений диспетчера.

В третьей главе проведена оценка надежности приема распоряжений диспетчера в различных условиях, включая наиболее тяжелые, предложен метод повышения надежности приема командной информации в местах организации движения, произведено статистическое оценивание полученных результатов моделирования.

Для количественной оценки воздействия влияний на надежность приема информации был предложен критерий надежности приема распоряжений диспетчера К, формула (1), равный отношению передаваемого к полученному распоряжению диспетчера

К=\и,/и2\, (1)

где 1/1 - действующее значение передаваемого распоряжения, мкВ;

1/2- действующее значение принятого распоряжения, мкВ.

В таблице 1 представлены числовые значения критерия надежности приема распоряжения диспетчера К в зависимости от вида влияющих воздействий.

По результатам моделирования было установлено:

1. Номинальный режим работы (распоряжение диспетчера принимается без искажений и задержек) может быть обеспечен при влиянии только наиболее простых влияющих воздействий (аддитивных), значение критерия надежности больше 0,4.

2. Влияние мультипликативных воздействий (значение критерия надежности меньше 0,4) приводит к значительным временным задержкам 1-5 с (требуется повторная передача), следовательно, надежность передачи и приема распоряжений при поездной работе не будет обеспечиваться на должном уровне. Временные задержки приводят к значительным экономическим потерям.

Для обеспечения требуемого уровня надежности на основании проведенного анализа был разработан новый принцип детектирования, который позволяет обеспечить более эффективное подавление влияющих воздействий.

Таблица 1 - Значения критерия надежности восприятия распоряжений диспетчера в зависимости от вида влияющих воздействий

Вид влияющих воздействий Значение критерия надежности приема распоряжений диспетчера, К

Зона поездной работы Зона станционной работы

аддитивная мультипликативная аддитивная мультипликативная

Ситуация 1 0,573-1 0-0,150 0,612-1 0-0,210

Ситуация 2 0,055-1 0-0,170 0,250-1 0-0,150

Ситуация 3 0,132-1 0-0,511 0,320-1 0-0,100

Комплексная 1 (ситуация 1 и 2) 0,128-1 0-0,101 0,230-1 0-0,100

Комплексная 2 (ситуация 2 и 3) 0-1 0-0,100 0,130-1 0-0,032

Комплексная 3 (ситуация 1 и 3) 0,010-1 0-0,210 0,110-1 0-0,032

Для оценки эффективности повышения надежности приема распоряжений поездного диспетчера были разработаны алгоритм и программа, позволяющие определить среднее значение критерия надежности приема К. При моделировании было рассмотрено максимально возможное количество вариантов воздействия мешающих влияний на надежность приема.

Для оценки надежности восприятия распоряжений диспетчера использована методика расчета разборчивости слогов Покровского Н. Б. Данный параметр позволяет оценить количество слогов, слов и фраз диспетчера, которое будет принято без искажений.

Результаты анализа показывают, что использование предлагаемого принципа позволяет повысить среднее значение критерия надежности восприятия распоряжений диспетчера с вероятностью 60-80 % до 1 (таблица 2).

Таблица 2 — Результаты анализа эффективности предлагаемых мер повышения критерия надежности восприятия распоряжений диспетчера

Вид мешающего воздействия Среднее значение К Надежность восприятия

распоряжений

без с без с

детектора детектором детектора детектором

1 Простая аддитивная 0,14 0,35 0,41 0,68

2 Простая мультипликативная 0,05 0,21 0,20 0,51

3 Комплексная аддитивная 0,06 0,33 0,37 0,67

4 Комплексная мультипликативная 0,01 0,19 0,18 0,49

В результате моделирования и расчетов было получено, что без применения предлагаемых мер значение критерия надежности восприятия распоряжений диспетчера

составляет от 0,18 до 0,41, что, согласно методике Покровского Н. Б., является неудовлетворительным.

При применении предлагаемых мер повышения надежности приема удается добиться показателей от 0,49 до 0,67 при воздействии любого из рассмотренных видов влияющих воздействий. Результаты эксперимента и расчетов показали, что данные показатели являются удовлетворительными и временных задержек не возникает.

Статистическое оценивание, проводимое по критерию Колмогорова-Смирнова, показало, что все рассматриваемые сигналы подчиняются нормальному закону распределения и не существует значимой разницы между распределениями, поскольку расчетные распределения статистики й меньше статистики £/кр. критического, равного 0,2423, при вероятности ошибки р < 0,05.

Четвертая глава посвящена анализу надежности восприятия распоряжений диспетчера, проведен анализ эффективности применения предлагаемых мер на примере работы сортировочной станции, рассчитана экономическая эффективность от внедрения предложенных решений.

Для определения степени влияния воздействий на скорость реакции человека было произведено экспериментальное исследование. В эксперименте принимали участие 54 человека различных возрастных категорий, из которых 64 % непосредственно участвуют в организации движения. Таким образом, выборка является репрезентативной. Алгоритм и программа для данного исследования представлены на рисунке 2.

( Начало )

Рисунок 2 - Анализ надежности восприятия распоряжений диспетчера

На рисунке 3 показана полученная зависимость времени распознавания и двигательной реакции человека на сигнал от применяемого показателя надежности восприятия распоряжений диспетчера.

Проведенное исследование показало, что при значении надежности восприятия распоряжений диспетчера ниже 0,3 необходима будет повторная передача и время приема служебной информации возрастет в 2-6 раз, следовательно, возникнут значительные временные задержки. Таким образом, для уменьшения времени простоя, увеличения участковой скорости и повышения эффективности организации поездной работы необходимо обеспечить показатель надежности восприятия распоряжений диспетчера не ниже 0,4.

Надежность приема распоряжений диспетчера, %

Рисунок 3 - Зависимость времени реакции человека от надежности восприятия распоряжений диспетчера

Операции на сортировочной станции выполняются в согласованном режиме, и задержка любой из операций влияет на весь технологический процесс. Для определения степени влияния надежности распоряжений диспетчера на эффективность работы сортировочной станции была использована имитационная система «ИСТРА».

В имитационной модели происходит движение по траектории от одного множества задержек к другому, для решения поставленной задачи необходимо добавить задержки на восприятие диспетчерской информации (рисунок 4).

При проведении экспериментов принято:

1. Подход поездов в расформирование и без переработки (транзит) - натурные листы, время прибытия.

2. Состояние всех парков станции - количество вагонов на путях парков, специализация путей накопления в сортировочных парках, стадия обработки составов на путях парков прибытия и отправления; последовательность выполнения операций для составов с одинаковой стадией.

3. Состояние инфраструктуры станции - количество и специализация парков, количество и районы работы маневровых локомотивов, количество и структура бригад осмотра в парках и т. п.

4. Все расчеты проводились на интервале 24 ч. Результаты проведенных расчетов суммарных задержек по операциям в зависимости от времени восприятия распоряжений показаны в таблице 3.

Условные обозначения

Прием поезда |1 ° >1 Закрепление состава |1 ° 1| Снятие закрепления |Н I] Повторный роспуск Окончание формирования

Отправление состава |т| Следование резервом Индексная операция Формирование подачи ||/Х1| Подача поездного локомотива

||=П"|[ Повторный роспуск |£><П| Перестановка Расстановка || || Опробование тормозов Уборка с грузового фронта

|1 Д Осмотр Уборка поездного локомотива

Рисунок 4

Таблица 3 - Суммарные задержки по операциям

В часах

^^^Надежность приема ^\(время принятия решения) Вид операции \ Больше 0,45 0,45-0,40 Меньше 0,40

до 1 мин. 1-3 мин. 2-4 мин.

Нечетная горловина Четная Нечетная горловина Четная Нечетная горловина Четная

В целом по станции 204,45 263,90 329,60

Уборка поездного локомотива с парка приема 5,80 2,17 7,72 4,28 8,62 4,50

Роспуск с парка приема 13,31 7,03 29,14 18,93 60,91 30,34

Окончание формирования 5,18 4,26 6,80 6,53 8,76 9,54

Уборка маневрового локомотива в парке отправления 6,81 5,04 9,49 8,85 11,85 9,88

Подача поездного локомотива в парк отправления 2,12 1,80 46,68 40,34 47,18 40,21

Отправление с парка отправления 3,64 1,46 11,24 5,72 11,77 9,69

Прием поездов 0,25 1,32 3,47 3,16 5,51 3,77

На рисунке 5 показан сравнительный анализ простоя вагонов в зависимости от надежности восприятия распоряжений диспетчера, при этом все остальные условия остаются неизменными.

0 1 2 3

Номер эксперимента

Рисунок 5 - Анализ простоя вагонов в зависимости от надежности восприятия распоряжений диспетчера

Анализ показал, что обеспечение требуемого уровня надежности восприятия распоряжений диспетчера позволит снизить:

- время нахождения на станции транзитного вагона с приработкой на 0,46-0,53 ч./сут.;

- время нахождения на станции поездного локомотива;

- загрузку горочных локомотивов на 11-18 %, локомотивов формирования на 3-4 %.

- загрузку сортировочной горки на 8,5-11 %. Экономический эффект в среднем составит 20 790 руб./сут.

Таким образом, обеспечение требуемого уровня надежности приема распоряжений диспетчера позволяет повысить эффективность работы сортировочной станции, следовательно, и организованности сети в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований решена научно-техническая задача, заключающаяся в повышении эффективности организации поездной работы с учетом надежности восприятия распоряжений.

Основные результаты диссертации состоят в следующем.

1. Выполнен анализ влияющих воздействий в местах организации движения поездов. Предложен новый классификационный признак - по структуре, позволяющий произвести моделирование воздействий, влияющих на передаваемую диспетчерскую информацию.

2. Разработана модель процесса воздействия различных влияющих воздействий: простых и комплексных на передаваемые распоряжения диспетчера для выявления наиболее сложных ситуаций.

3. Предложен критерий надежности приема распоряжений диспетчера в сложных условиях, который необходимо обеспечить по значению больше 0,4.

1. Разработаны рекомендации по повышению критерия надежности приема распоряжений диспетчера, включающие необходимое обеспечение его значения.

2. Анализ степени влияния надежности приема распоряжений диспетчера на эффективность организации поездной работы сортировочной станции показал, что обеспечение требуемого уровня данного показателя больше 0,4 позволит получить экономический эффект в среднем 20 790 руб./сут.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи, опубликованные в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации научных результатов диссертаций

1. Максимова И. Н., Неволин Д. Г. Обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на основе совершенствования систем технологической связи // Транспорт Урала. - 2010. - № 3. - С. 59-64. - ISSN 1815-9400.

2. Максимова И. Н., Художитков П. И. Влияние геоэлектрических параметров почвы на дальность поездной радиосвязи в гектометровом диапазоне волн // Транспорт Урала. - 2008. -№ 1. - С. 40-44. - ISSN 1815-9400.

Патенты и свидетельства о регистрации

3. Пат. 2351061 Российская Федерация, МПК Н 03 D 13/00, H03D 3/04, Н041 27/156. Помехоустойчивый импульсный детектор частотно-модулированных сигналов / Максимова И. Н., Михалев А. Н. - № 2351061 ; заявл. 10.05.09 ; опубл. 27.03.09, Бюл. № 9. — 5 с.: ил.

4. Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 18654. Оценка времени реакции человека на полезный сигнал при различном уровне помех / И. Н. Максимова. -12.11.12.-С. 1.

5. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 7505. Моделирование процессов воздействия помех на полезный частотно-модулированный сигнал / И. Н. Максимова. - 29.01.07. - С. 3.

Монографии

6. Максимова И. Н., Неволин Д. Г. Обеспечение безопасности движения железнодорожного транспорта на основе совершенствования систем технологической связи. - Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2010. - 144 с. - ISBN 978-5-94614-179-6.

Рецензируемые журналы

7. Максимова И. Н., Пермикин В. Ю. Влияние разборчивости принятия рабочей информации на основные показатели работы сортировочной станции // Инновационный транспорт. - 2012. - № 1 (2). - С. 37-ФО.

8. Максимова И. Н. Влияние разборчивости речи на скорость реакции машиниста // Вестник УрГУПС. - 2013. -№ з. _ с. 126-130. - ISSN 2079-0392.

Научные конференции

9. Максимова И. Н., Неволин Д. Г.Оценка качества технологической связи на железнодорожном транспорте // Автоматизация. Инновации. Качество : сборник тезисов докладов IX научно-практической конференции молодых специалистов. - Нижний Тагил : Тагил-Принт. - 2010. - С. 299-301.

10. Максимова И. Н. Электронный информационный образовательный ресурс. Оценка времени реакции человека на полезный сигнал при различном уровне помех // Хроники объединенного фонда электронных ресурсов. Наука и образование. - 2012. -№11. - URL: http://ofernio.ru/portal/newspaper/ofernio/2012/ll.doc (дата обращения: 01.11.2012).

Максимова Инна Николаевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЕЗДНОЙ РАБОТЫ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ВОСПРИЯТИЯ РАСПОРЯЖЕНИЙ

05.02.22 - Организация производства (транспорт)

Подписано в печать 20.11.13. Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 145

Издательство УрГУПС 620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» ФГБОУ ВПО «УрГУПС»

На правах рукописи

04201455143

Максимова Инна Николаевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ПОЕЗДНОЙ РАБОТЫ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ВОСПРИЯТИЯ РАСПОРЯЖЕНИЙ

Специальность 05.02.22 - Организация производства (транспорт)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель - д-р. техн. наук, с.н.с. Неволин Дмитрий Германович

Екатеринбург -2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................4

1 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЧИН ОТКАЗОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ...........................9

1.1 Постановка задачи.........................................................................................9

1.2Исследования причин отказов систем организации поездной работы ...ЛО 1.2Разработка модели исследования...............................................................15

1.4 Классификация воздействий......................................................................17

1.5 Анализ причин возникновения воздействий на железнодорожном транспорте..................................................................................................................20

1.6 Анализ существующих методов борьбы с воздействиями при приеме распоряжений на перегонах и станциях...................................................................27

1.7 Цель и задачи исследования.....................................................................29

1.8 Выводы......................................................................................................30

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЛИЯНИЙ

НА НАДЕЖНОСТЬ ПРИЕМА РАСПОРЯЖЕНИЯ ДИСПЕТЧЕРА......................32

2.1 Теоретические исследования передаваемых распоряжений диспетчера и возмущающих воздействий.......................................................................................32

2.2 Разработка метода моделирования влияния воздействий на надежность приема распоряжения диспетчера.............................................................................40

2.3 Моделирование процессов влияний простых воздействий....................45

2.4 Моделирование процессов влияния комплексных воздействий.........54

2.5 Выводы.......................................................................................................63

3 ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРИЕМА РАСПОРЯЖЕНИЙ ДИСПЕТЧЕРА...........................................................................................................65

3.2 Статистическое оценивание результатов моделирования.......................68

3.3 Разработка мер повышения надежности приема распоряжений диспетчера..................................................................................................................70

3.4 Оценка эффективности предлагаемого метода повышения надежности приёма распоряжений поездного диспетчера...........................................................74

3.4Выводы........................................................................................................78

4 АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ВОСПРИЯТИЯ РАСПОРЯЖЕНИЙ ДИСПЕТЧЕРА И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.............80

4.1 Оценка влияния правильности восприятия распоряжений диспетчера на управление транспортным технологическим процессом........................................80

4.2 Экономическая эффективность применения предлагаемых мер на примере работы сортировочной станции.................................................................95

4.3 Выводы.....................................................................................................105

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................108

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Железнодорожный транспорт представляет собой упорядоченную совокупность объектов, которые взаимодействуют друг с другом, обеспечивая функционирование транспортной отрасли как единого целого, как системы реализующей перевозочный процесс, поездную работу. Одним из основных условий эффективной организации управления данной системой является четко налаженное взаимодействие и взаимосвязь всех технологических процессов. Оперативное руководство поездной работой осуществляется диспетчерским аппаратом. Диспетчер передает распоряжения машинистам локомотивов, станционным работниками и другому обслуживающему персоналу в оперативном порядке. К принимаемым распоряжениям предъявляются жесткие требования однозначности восприятия. Надежность организации данной системы позволяет обеспечить требуемые значения основных качественных и количествах показателей работы железных дорог.

На железнодорожном транспорте в настоящее время все средства диспетчерского управления функционируют в условиях воздействия влияний, которые приводят к снижению надежности восприятия распоряжений, временным задержкам основных технологических операций, снижению безопасности и значительным экономическим потерям.

Исследованиям, связанным с организацией поездной работы, повышением надежности восприятия распоряжений диспетчера в сложных условиях функционирования посвящены труды ряда ученых России и других стран: Козлова П.А.,

Розенберга E.H., Акулиничева В.М., Бородина А.Ф., Дьякова Ю.В., Сотникова И.Б., Шарова В.А., Александрова А.Э., Нестерова В.Л., Смольянинова A.B., Митрохина В.Е., Михалева А.Н., Художиткова П.И., Покровского Н.Б., Прокис Дж., Питерсон У. и др.

Таким образом, повышение эффективности организации поездной работы с учетом надежности восприятия распоряжений, является актуальной научно-технической задачей, отвечающей потребностям железнодорожного транспорта.

Цель работы - повышение эффективности организации поездной работы с учетом надежности восприятия распоряжений диспетчера.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи.

1. Выполнить анализ воздействия влияний в технологических сетях железнодорожного транспорта при различных условиях функционирования.

2. Разработать критерий надежности приема распоряжений диспетчера в сложных условиях функционирования.

3. Разработать меры повышения надежности приема на основании анализа влияющих воздействий на технологические процессы управления.

4. Оценить степень влияния надежности приема распоряжений диспетчера на эффективность организации поездной работы.

Объект исследования - диспетчерская система организации поездной работы.

Предметом исследования является надежность восприятия распоряжений диспетчера.

Достоверность научных положений, выводов и результатов работы

подтверждена экспериментальными исследованиями, критерием достоверности Колмогорова-Смирнова, логичным построением процесса исследования, коррект-

ным применением современных методов исследования и общепринятых положений моделирования с использованием средств вычислительной техники.

Научная новизна работы:

1. Предложен классификационный признак влияющих воздействий на прием диспетчерских распоряжений в районах организации движения.

2. Обоснован критерий надежности приема распоряжений диспетчера в сложных условиях.

3. Разработан метод обработки принимаемых диспетчерских распоряжений, позволяющих повысить надежность восприятия информации.

4. Установлено влияние надежности распоряжений диспетчера на показатели эффективности организации поездной работы.

Методы исследования. Для решения задач, поставленных в научной работе, применялись методы математического анализа, численного моделирования, теории моделей, теории вероятности и математической статистики, методы проектирования современных комплексов программ, методы программирования и имитационного моделирования.

Практическая значимость исследования. Результаты диссертационной работы направлены на повышение эффективности систем управления поездной работы:

- на основании выполненных исследований даны практические рекомендации по повышению надежности восприятия распоряжений диспетчера при организации поездной работы;

- разработанный программный комплекс может быть использован на предприятиях для анализа влияющих воздействий на надежность восприятия распоряжений диспетчера.

На основании выполненных разработок, достигается повышение эффективности системы организации поездной работы за счет более качественного восприятия распоряжения диспетчера.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Предложенный новый классификационный признак влияющих воздействий - структура помехи, позволяющий провести наиболее полный анализ.

2. Критерий надежности приема распоряжений диспетчера на железнодорожном транспорте.

3. Метод повышения надежности приема диспетчерского распоряжения на основании анализа влияния воздействий на технологические процессы организации поездной работы.

4. Влияние надежности восприятия распоряжений диспетчера на эффективность систем организации поездной работы на железных дорогах.

Апробация работы.

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на конференциях, семинарах:

- Научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и трубопроводного транспорта в Уральском регионе» (Пермь, 2005 г.).

- Международной научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург: УрГУПС, 2006 г.).

- XXVIII Российской школе «Наука и техника. Секция 4. Динамика и управление» (Екатеринбург: УрО РАН, 2008 г.).

- Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», посвященной 130-летию Свердловской железной дороги (Екатеринбург: УрГУПС, 2008 г.).

- Международной научно-технической конференции «Транспорт XXI века: Исследования. Инновации. Инфраструктура» (Екатеринбург: УрГУПС, 2011г.).

- В Омском государственном университете путей сообщения (ОмГУПС) -на расширенном заседании кафедры «Системы передачи информации», 2011 г.,

- В УрГУПС - на расширенных заседаниях кафедры «Связь», 2007 - 2010 гг, и кафедры «Автоматика телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», 2013 г.

Публикации. Основные результаты работы отражены в 10 печатных работах, в том числе 2 печатные работы опубликованы в изданиях, входящих в «Перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ для публикации научных результатов диссертаций», 1 патент, 2 свидетельства о регистрации электронных ресурсов и 1 монография.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы, включающего 130 наименований. Работа изложена на 121 листе машинописного текста, содержит 25 рисунков, 23 таблицы.

1 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЧИН ОТКАЗОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

1.1 Постановка задачи

Для обеспечения управления транспортными технологическими процессами требуется централизованное управление перевозочным процессом, предполагающим подчинение нижестоящих звеньев вышестоящим. Оптимальное их использование позволяет достичь максимальной эффективности использования всех остальных ресурсов - технических, технологических, финансовых. Следовательно, необходимо учитывать потребности человека.

На железнодорожном транспорте обслуживающему персоналу приходится работать в сложных условиях. На работников железнодорожного транспорта при приеме распоряжений воздействует множество шумов, часть с которых, связанных с движением поездного состава и эксплуатацией различных механических установок, невозможно минимизировать. Кроме того при приеме распоряжений диспетчера на станции и перегоне будет воздействовать дополнительный мешающий фактор - помехи, приводящие к снижению надежности приема распоряжений и, следовательно, значительным временным задержкам. Таким образом, снижается общая работоспособность обслуживающего персонала и эффективность управления транспортными технологическими процессами на перегоне и станции.

Одним из главных направлений в деятельности железнодорожного транспорта является обеспечение эффективной организации работы для обеспечения

требуемой пропускной способности, уменьшение простоя на перегонах и станциях. Перечисленные требования во многом зависят от человеческого фактора.

Решение этой сложной проблемы невозможно без совершенствования системы организации поездной и станционной работы, включая низовые звеньях организационной структуры железнодорожного транспорта на основе современных достижений применения технических средств.

В общем комплексе информационно-управляющих систем особое место занимают системы передачи информации, применяемые для организации поездной, станционной, маневровой, горочной и ремонтно-оперативной работы. Данные системы позволяют обеспечить передачу распоряжений от диспетчера машинистам поездных и маневровых поездов, составителям поездов и другому обслуживающему персоналу на станции и сортировочных горках.

В данном направлении были выполнены научные исследования российскими учеными Козлова П.А., Розенберга E.H., Акулиничева В.М., Бородина А.Ф., Дьякова Ю.В., Сотникова И.Б., Шарова В.А., Александрова А.Э., Нестерова В.Л., Смольянинова A.B., Дедкова В.К., Лисенкова В.М., Маслова Е. В., Журавина С.Г., Трофимова C.B. и др. [1-31]

Таким образом, необходимо провести анализ причин возникновения нештатных ситуаций в сетях передачи информации для выявления факторов оказывающие наибольшее влияние на эффективность систем организации поездной и станционной работы.

1.2 Исследования причин отказов систем организации поездной работы

Проведенный анализ причин нештатных ситуаций (инцидентов) из-за отказа в передачи информации (с 2000 по 2008 гг., в процентном отношении к общим

отказам технологической радиосвязи) показан в таблице 1.1. и на рисунке 1.1. Таблица 1.1- Динамика отказов на железной дороге

В процентах

Год 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Количество срывов передачи распоряжений на перегоне 60 58 68 64 69 84 58 56 53

Количество срывов передачи распоряжений при маневровой и горочной работе 17 19 12 21 15 9 20 6 38

Количество срывов распоряжений передачи в системе двусторонней парковой связи 23 20 20 15 16 7 22 38 9

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

■ Количество срывов передачи распоряжений на перегоне

я Количество срывов передачи распоряжений при маневровой

и горочной работе

■ Количество срывов распоряжений передачи в системе

двусторонней парковой связи

Рисунок 1.1- Динамика отказов

Из рисунка 1.1 видно, что количество срывов передачи и приема распоряжений в системах поездной работы на перегонах в общей структуре отказов в сетях передачи информации занимает первую строчку и превышает 53 %. За 2006 -2008 гг. происходит незначительное снижение отказов по данной причине, что связано с общей тенденцией обновления технических устройств, использующих цифровые технологии функционирования. Если говорить в целом влиянии отказав в системах, обслуживающих поездную работу, на обеспечение организации технологических транспортных процессов, то острота проблемы остается.

Анализ эксплуатируемой в настоящее время аппаратуры применяемой для передачи распоряжений диспетчера на перегоне и станции показывает, что 39 % всех устройств передачи являются аналоговыми (рисунок 1.2).

Цифровое Аналоговое

оборудование оборудование

Рисунок 1.2 - Аппаратура для передачи распоряжений диспетчера, эксплуатируемая на железной дороге

Анализ рисунка 1.2 показал, что за год всего 2 % аналоговых устройств приема распоряжений диспетчера машинистом поезда было заменено на цифровые.

Для выявления причин, приводящих к снижению надежности приема распоряжений диспетчера, был проведен анализ причин отказов оборудования (рисунок 1.3).

устройства передачи информации

электропитания

приема информации

конечных элементов

нискочастоные блоки

Рисунок 1.3 - Основные причины отказов

Рисунок 1.3 показывает, что одной из основных причин отказов является влияние воздействий - помех. Количество таких отказов в настоящее время 14 % от общего количества отказов.

Высокий уровень отказов по причине воздействий на системы передачи информации вызван спецификой применения электронных составляющих в составе этих систем в условиях жесткой электромагнитной обстановки, обусловленной большим количеством источников эмиссии мощных электромагнитных помех, находящихся в непосредственной близости, как к самим устройствам, так и к линиям связи и передачи информации. Такими источниками на сети железных дорог

являются: тяговая сеть; линии электропередачи; системы сигнализации, централизации и блокировки, находящиеся в пространственном и функциональном соединении с системами связи и передачи данных.

В связи с большим разнообразием источников воздействий, способов их воздействия на рассматриваемые системы (индуктивный или кондуктивный) и их характеристик, исследование самих помех, разработка мер защиты от их попадания в рассматриваемые системы и реализация этих мер (особенно на уже существующих системах) представляет собой весьма сложную многофакторную задачу и, часто, с экономически неоправданным решением.

В связи с этим, в работе предлагается рассматривать не сами воздействия во всем их многообразии, а результат их влияния на �