автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Разработка автоматизированной системы контроля и диагностирования устройств передачи информации железнодорожного транспорта

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

БЕЗРУЧКО Валерий Владимирович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.22.08 - ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА 'включая устройства сигнализации, централизации и блокировки/

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1997

Работа выполнена в Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения.

Научный руководитель: Заслуженный связист РФ, доктор технических наук, профессор Дмитренко И.Е.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Волков A.A.

Кандидат технических наук Астрахан В. К.

Ведущее предприятие: Дистанция сигнализации и свази Орловского отделения Московской железной дороги.

Защита диссертации состоится "25" марта 1997 г. в 13. час. на заседании диссертационного совета К 114.09.03 при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения по адресу 125808. Москва, ГСП-47. ул.Часовая 22/2 ауд.337.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке университета.

Автореферат разослан '£4" февраля 1997 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета института.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук с^^^^-Терешина 0.1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. На современном этапе развития железнодорожного транспорта актуальной задачей является проблема синтеза новых и совершенствование существующих систем управления движением поездов, характеризующихся высокими показателями эффективности и обеспечивающих при этом требуемый уровень безопасности, надежности функционирования и живучести.

Достижение этих показателей предполагает внедрение новых технологий и новых методов технической эксплуатации, основанных на использовании современных средств микроэлектроники и вычислительной техники.

Основными техническими средствами, обеспечивающими автоматическое регулирование и безопасность движения поездов, являются устройства и комплексы автоматизации и телемеханики. Надежная работа этих устройств исключает неоправданную задержку поездов, что позволяет значительно повысить качество всего технологического процесса перевозок. Одним из важных элементов комплексов автоматики и телемеханики, являются системы передачи информации, функциональная надежность и эффективность использования которых в большой степени определяют количественные и качественные показатели систем управления движением поездов.

Одним из основных направлений решения задачи повышения надежности и эффективности использования систем передачи информации является обеспечение заданных параметров технологического оборудования этих систем в течении всего срока эксплуатации. При этом необходимо и совершенствование методов и средств технического обслуживания. Это в свою очередь включает и совершенствование процесса определения технического состояния аппаратура и оборудования, т. е. процесса измерения электрических параметров, и постоянного их анализа.

Анализ используемых методов и способов контроля и определения технического состояния объектов показал, что применяемые в настоящее время ручные или полуавтоматические способы с использованием комплексов разнотипных измерительных приборов, количество которых обусловлено многообразием параметров и разнообразием их количественных характеристик обладают существенными недостатками:

1.Значительные погрешности измерений и анализа полученных результатов во многом определяются квалификацией обслуживающего персонала.

2.Высокие трудозатраты.

3.Низкое быстродействие процессов измерения и формирования решения.

4.Снижение эффективности использования аппаратуры по функциональному предназначению.

Разработанные автоматизированные измерительные системы (АИС), построенные на новой элементной базе микроэвм обеспечивают высокое быстродействие, требуемую точность при измерении параметров, но не устраняют остальные недостатки ручного и полуавтоматического способов измерения и выработки решения, кроме того обладают и таким недостатком как высокая стоимость.

Комплексное решение проблемы автоматизации процесса контроля технического состояния систем передачи информации (контроля и измерения параметров, анализа результатов и выработки адекватного решения) в процессе их функционирования обеспечивают системы технического диагностирования, включающие аппаратные и программные средства .внедрение которых позволяет: г;

- существенно снизить трудозатраты оценки состояния объекта:

- обеспечить высокую степень достоверности информации о техническом состоянии аппаратуры и комплексов;

- исключить возможности вмешательства субъективных факторов использованием жесткого программного обеспечения;

- накапливать, хранить и документировать информацию о количественных характеристиках параметров и тенденциях их изменений;

- повысить оперативность управления технологическими процессами:

- формировать информационное поле для прогнозирования технического состояния аппаратуры и оборудования;

- существенно снизить трудозатраты на ремонт и восстановление;

- обеспечить статистический контроль состояния параметров;

- формировать информационные компоненты технического обслуживания "по состоянию", что в совокупности обеспечивает повышение надежности технических средств систем передачи информации и повышение эффективности их использования.

Таким образом разработка автоматизированной системы контроля и диагностирования технического состояния комплексов систем передачи информации является важной научно-технической задачей, направленной на повышение их надежности, качества функционирования и обслуживания, а также эффективности в организации процесса управления движением поездов.

Цель работы. Разработка методов и технических средств автоматизированного измерения и контроля электрических параметров , с целью эффективной и качественной оценки технического состояния аппаратуры и комплексов систем передачи информации , с учетом многообразия факторов воздействующих на этот процесс. Основное внимание при этом сосредоточено на определении оптимального набора и количества контролируемых параметров, разработке эффективных алгоритмов и программ измерения, контроля и оценки полученных при этом результатов.

Методика исследования. При проведении теоретических исследований были использованы основные положения теории множеств, теории вероятностей, теории электрических цепей, теории передачи информации, теории и методов оптимизации.

Для разработки и исследования моделей применялись методы мо-

делирования с математическим описанием процессов и с проверкой полученных результатов при исследовании путем опытной эксплуатации элементов разрабатываемой автоматизированной системы контроля технического состояния (АСК ТС) систем передачи информации (СПИ).

Научная новизна заключается в применении метода комплексного исследования и разработки динамического компонента базы данных и структуры АСК ТС. в разработке методики определения оптимального набора и количества контролируемых параметров, основанной на многокритериальной комплексной оценке весовых коэффициентов с учетом показателей информационно-энергетических связей и надежности функциональных узлов обеспечивающих их формирование и преобразования. в использовании программ быстрых преобразований Фурье при создании программного обеспечения.

Практическая ценность работы заключается в тщательном и глубоком обосновании необходимости разработки и внедрения АСК ТС радиоэлектронных систем, в разработке ее рациональной структуры, алгоритма и вариантов программного обеспечения ее функционирования. В разработанных методиках определения оптимального набора и количества контролируемых параметров, внедрении рациональных сроков технического обслуживания систем передачи информации в реальных условиях их эксплуатации.

Реализация работы. Положения диссертационной работы были использованы в выполнении научно-исследовательских и опытно- конструкторских работ проведенных в ВИПС ("Сарафан" 1990 г. "Эффект" 1993 г. "Кольцо-ПС" 1995 г.) при разработке и корректировке технических заданий на разработку новых образцов систем передачи информации. Разработанные методики, алгоритмы, программы и предложения были использованы в деятельности практических подразделений Министерства путей сообщений. Министерства связи и Федерального агенства правительственной связи и информации при президенте РФ.

Публикации. Основные положения диссертаций изложены в трех

статьях в сборниках РГОТУ ПС г.Москва, ВИПС г.Орел и ВВИУС С-Пе-тербург.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть диссертации содержит 138 страниц машинописного текста, в том числе 12 таблиц и 25 рисунков. Список использованной литературы содержит 60 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность и важность выбранной темы диссертации, приводится краткое изложение вопросов исследования.

В первой главе приведен анализ методов и средств контроля и управления системами передачи информации. На основе анализа модели процесса управления, построенной по классическим принципам были выделены существенные задачи, решаемые техническим персоналом в процессе обслуживания систем передачи информации и на системном уровне определены их потребности в информационном обеспечении процесса управления. На основании этих положений определен динамический компонент базы данных, построена информационная модель процесса управления.

Исследования информационных особенностей этапа процесса управления. на котором осуществляется сбор и обработка данных о состоянии объекта контроля, позволило формализовать и классифицировать его основные состояния.

Предложенная система классификации позволила по тем же признакам подразделить и сведения о состоянии, произвести описание условий и причин изменений состояний. В результате произведенных исследований были определены составы доменов динамического компонента базы данных, описывающих каждое из его состояний в текущий момент времени.

Так как на объекте управления может иметь место суперпозиция состояний, то возникает необходимость определения очередности их обработки. На основании предложенной классификации видов информации о состоянии и с учетом результатов проверки периода возникновения (прохождение сигналов оперативной информации / пауза ) возможно определение очередности.'

Проведение ранжирования данных позволит в процессе построения алгоритма автоматизированного управления избежать конфликтов при отработке суперпозиции нескольких состояний.

Проведенное сравнение основных показателей восстановительно-то. профилактического, статистического методов, а также их комбинаций. с характеристиками рекомендуемого к внедрению метода технического обслуживания "по состоянию" позволяет сделать заключение о преимуществах по таким показателям как объем проводимых работ. периодичность, трудоемкость, стоимость и эффективность метода технического обслуживания "по состоянию" над другими и эффективности его широкого внедрения.

Стратегия технического обслуживания по состоянию характеризуется тем, что перечень и периодичность операций определяются фактическим техническим состоянием объекта в момент начала его технического обслуживания.

При реализации стратегии технического обслуживания "по состоянию" перечень и периодичность операций по техническому обслуживанию назначаются по результатам контроля технического состояния объекта. Контроль может быть непрерывным или периодическим, операции замены, регулировки и текущего ремонта назначаются при обнаружении неработоспособного состояния объекта или его предст-казного состояния.

Наиболее эффективная реализация стратегии этого метода предусматривает автоматизацию процесса контроля за состоянием параметров, определяющих работоспособность аппаратуры и прсгнозирова-

ние их изменений. Контрольно-корректировочный метод (ТО "по состоянию"). кроме того позволяет перейти от автономного к централизованному техническому обслуживанию, при котором наблюдение и контроль за работой пространственно разделенных элементов систем передачи и техническая диагностика их состояния ведется из одного центра.

Проведенный анализ процессов управления системами передачи информации и контроля технического состояния, проблем' совершенствования технического обслуживания, позволяет сделать вывод о необходимости разработки и внедрения автоматизированной системы технической диагностики аппаратуры систем передачи информации.

Разработка структуры автоматизированной системы диагностики и прогнозирования, алгоритма ее работы и программное обеспечение решается индивидуально для конкретных типов систем, с учетом особенностей выполняемых ими задач, характеристиками определяющими их состояние, элементной базой и степенью целесообразности автоматизации процесса контроля состояния параметров. Вместе с тем существует ряд обцих принципов, используемых при разработке таких структур, суть которых сводится к следующему:

1. Построение математической модели объекта диагностирования. исследование и количественное ее описание с учетом особенностей и статистических данных, накопленных в процессе эксплуатации

2. Определение наиболее рационального набора и количества контролируемых параметров, характеризующих состояние объекта, их количественных показателей (номинальных значений и допусков).

3. Построение графо-аналитичеекой модели информационно-энергетических связей этих параметров между собой, и на ее основе, с использованием метода статистической оптимизации по критерию максимальной вероятности отказа параметра, произведение выбора оптимального набора контролируемых параметров.

4. Построение модели АСК ТС, разработка, с последующей оптимизацией, алгоритма выполнения операций формирования команд управления, коммутации, преобразования, нормализации, измерения, фиксации числового значения измерительного параметра, сравнения с полем допусков, принятие решения о годности (негодности) параметра. запоминание, отображение и документирование, а также автоматический переход к измерению следующего параметра по заданной жесткой или гибкой программе.

6. Выбор программно-аппаратных средств, обеспечивающих выполнение требуемых операций (существующих или разрабатываемых).

7. Оценка эффективности использования предлагаемой системы для конкретно выбранного объекта диагностирования.

Вторая глава посвящена разработке методики выбора оптимального набора и количества контролируемых параметров о техническом состоянии аппаратуры и устройств систем передачи информации.

Выбор совокупности диагностических параметров для реализации операций автоматического диагностирования представляет собой многоальтернативную задачу и определяется многими факторами, такими как целевая функция объекта контроля, важность контролируемых параметров, их надежность, стоимость контроля и рядом других.

Выбор набора диагностических параметров осуществляется на двух стадиях функционирования системы:

-на стадии проектирования, когда производится первичное осмысливание целей и задач как самой проектируемой радиоэлектронной системы (РЭС). так и стратегии, методов и средств ее технического обслуживания;

-на стадии технической эксплуатации, когда возникает проблема совершенствования функционального использования, улучшения показателей технического обслуживания (ТО) или необходимость повышения надежности. Опыт эксплуатации сложных систем показывает, что решение вопроса выбора оптимального набора диагностических пара-

метров на первой стадии просто невозможно, по причине различия критериев оптимальности. Условия эксплуатации РЭС меняются значительно быстрее, чем технические условия на проектирование, и то, что при проектировании и испытаниях представлялось весьма удовлетворительным, через некоторое время функционального применения может потребовать принципиально иных решений - новых методов и новых средств, нового подхода.

Для определения оптимального набора контролируемых параметров и разработки рационального алгоритма их оценки требуется анализ математических моделей объекта диагностирования, которые в свою очередь строятся на основе исследований и анализа функционально-диагностических, информационных, информационно-энергетических моделей, а также на основе расчета моделей надежности. Разработка этих моделей осуществляется на основе анализа и обобщения функциональных схем конкретных типов аппаратуры систем передачи информации п процессов их функционирования.

Основные целевые функции аппаратуры систем передачи информации в обшем виде заключаются в приеме, преобразовании и передаче информационных сигналов. Соответственно её техническое состояние описывается количественными значениями параметров информационного сигнала проходящего через функциональные узлы. Для определения оптимального набора и количества параметров информационных сигналов необходимо исследовать функционально-диагностическую модель, которая может быть представлена в виде матрицы состояний элементов аппаратуры и параметров, описывающих эти состояния. Фрагмент такой матрицы представлен в табл.1.,где ,Б2...3„_,,Бп - состояния функциональных элементов аппаратуры; Я^Яг-.^Чп ~ параметры, описывающие эти состояния.

Математическая модель, оценки работоспособности системы состояние состояние Б, которой можно представить п-мерным вектором Б в котором э,_ эг_ э3_ .... зП - составляющие вектора, характе-

Таблица 1.

Состояние элементов Уровень информационного сигнала на выходе элемента.

Si Qi q г q3 Чп

S I 0 0 о о О О О 0 0 О О 0

S 2 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

S „-1 1 1 0 О О О 0 0 0 0 0 0

Sn 1 1 1 О 1 1 1 1 1 1 1 1

ризующие исходное состояние функциональных элементов системы, а оператор А перехода системы из одного состояние в другое матрицей. где atJ ( 1.J- 1,п) - коэффициенты преобразования, может быть описана соотношением вида: S(t) = A(t)S;

S = 11 12 II •< а11 I21 а31 я12 •• §2 2 • • а3 2 ■ • • fin " gsn ■ а3п

Sn ЭП1 3П2 • • апп

Для линейного преобразования вида : xt

п

ЩХ].

(1=1.п):

математическая модель принимает форму дифференциального уравнения: dS

dt

= A(t)X + F(t); Х(0)= С где

F(t) =

ft m Si

[з Ш ; с = сг ?3

fnlt) Сп

где fj(t) и Cid» l.n) - составляющие n-мерных векторов F(t) и С. F(t) - матрица функций распределения времени переходов кз одного состояния в другое.

Функциональная особенность модели в данном случае состоит в решение двух основных задач: получение качественной и количественной оценок влияния возможных неисправностей на целевую функцию, характеризующую работоспособность объекта диагностирования, и определение необходимого и достаточного количества коптролируе-

мых параметров.

рассмотренная модель является универсальной, так как может быть использована для оценки технического состояния объекта диагностирования по такому критерию . как коэффициент готовности объекта диагностирования Код. Тогда в качестве составляющих оператора перехода принимаются переходные вероятности Р(1)=| |р, 11. Оценка значений переходных вероятностей осуществляется на основе анализа параметров таких как вероятность безотказной работы системы Рс(1) и каэдого из ее функциональных элементов Р^и, средняя наработка на отказ Т0. интенсивность отказов X.

По результатам расчетов определяются значения переходных вероятностей контролируемых параметров, а также вероятностный "вес" каждого из них = /а,с (I), где С^и) - вероятность отказа элемента ¿1-го типа, (^Ш - нормирующий множитель, принятый за эталон при функционировании его в системе. На основе сопоставления весовых коэффициентов решаются и задачи оптимизации набора контролируемых параметров с использованием функционально-диагностической модели (уменьшение от необходимого до достаточного).

Количественную оценку полноты контроля у(Пк) можно представить соотношением:

У<ню - 1""" . Нр(М!) - П1еМпР,Н0(Мп)н.

Н0(М4) На(М,)

Н0(М„) - - П Р11ое2 Пр1- (1 - П?!) ЮВг (1 - Пр,) .где

1еМп 1еМн 1еМн 1еМн

Р1 - вероятность безотказной работы элемента; Н0(М„) - энтропия множества Мн функциональных элементов объекта. которые не охвачены контролем пк параметров. 1(Мк) - информативность, полученная при контроле пк параметров: - множество функциональных элементов объекта диагностирования: Мп - множество проверяемых элементов объекта диагностирования: Мн - множество непроверяемых элементов объекта диагностирования:

М„ ( М^ Мн ( . но Мп и М„ не пересекаются.

Такую операция целесообразно выполнять в несколько этапов, в каждом из которых для выделенного в результате предыдущего этапа определяется параметр с максимальной информативностью. Операция заканчивается ка 1-м шаге, когда достигается выполнение условия: . ,

*ах / Н0(М) > Узад Для снижения затрат, связанных с реализацией процесса измерения на каждом шаге расчета необходимо выполнить условие :

=1ИК :

где 1<пв - информативность 1-го параметра на Б-м шаге С(П3 - стоимость контроля 1-го параметра на Б-м шаге Г8 - наибольшая информативность параметра, приходящегося на единицу стоимости его контроля. 1 е М(Е"ПН - определяет максимум отношения : 1(1)а / С(Па .которое может быть использовано для всех 1 входящих в множество оставшихся непроверенных элементов на (Б-1) шаге: при Б=1 М<0,к =М.

Реализация информационной модели, представленной в виде матрицы состояний, состоит в процедуре определения минимального количества диагностических параметров, конечным результатом которой является вычисление функций предпочтения N.

Выбор необходимого количества контролируемых параметров можно произвести на основе теории информации. Состояние ОД в момент времени определяется значением параметров q1- ..... qn, являющихся оценкой его качества. До начала контроля при независимости параметров друг от друга объект находится в состоянии Б с энтропией:

Но =11:11 (4!, Б), где КЧц, Б) - количество информации, содержащееся в параметре q1 о состоянии Б объекта. Каждый параметр несет в себе определенное количество информации I о состоя-

НИИ Б ОД: I Б) - шли.!) - НСБЛцЬгде

НСЭ/Ч!_1) - условная неопределенность состояния объекта до контроля параметра

ЩБЛ^) - условная неопределенность состояния объекта при условии знания параметра я,.

Из всей совокупности параметров необходимо выбрать наименьшее количество независимых параметров Нк, которые несут необходимую информацию о состоянии объекта контроля.

Так чтобы суммарное количество информации по выбранным параметрам должно быть равно или близко к исходной неопределенности

состояния объекта Б, т.е. Б) = Но (Б).

Последовательность контроля параметров необходимо выбирать из условия убывания информации, содержащейся в каждом из параметров о состоянии контролируемого объекта, кроме того необходимо учитывать , что после того как станет известен 'условная неопределенность состояния объекта контроля станет ЩБ/ч,). это значение необходимо принимать при выборе следующего параметра ц+1, т. е.

Щн.Б) - Но^/Ч!. Ч2.....Чм-1) ~ Н(Б/ч,...чн)

Для оптимизации' набора контролируемых параметров по критерию взаимного влияния и создания алгоритма., диагностирования, была разработана и исследована графо-аналитическая модель информационно-энергетических связей объекта диагностирования. Модель,, в форме графа информационно-энергетических связей параметров и соответствующих им состояний функциональных элементов, позволяет рассчитать вероятности предпочтительного выбора для всех его вершин и выбрать критерий для разбиения объекта диагностирования проверками его элементов на непересекающиеся части. Таким образом

может быть получена логическая предпочтительность, как некоторая разделяющая граф информационно-энергетических связей структура.

В условиях большой размерности применение графа информационно-энергетических связей затруднено, особенно когда он имеет сложную ветвящуюся структуру со множеством дуг, что свойственно системам передачи информации. В этом случае целесообразно осуществить переход от графа к бинарным матричным моделям объекта диагностирования с последующим использованием для построения деревьев логических возможностей универсальных ЭВМ.

Таким образом на основе построения и расчета параметров моделей объекта диагностирования определяется совокупность контролируемых параметров с последующей оптимизацией их количества на основе расчетов многокритериальных весовых коэффициентов и формируются исходные данные в виде набора предпочтительных вероятностей для разработки алгоритма диагностирования.

В третьей главе на основании анализа и многокритериальной оценки состояния объекта диагностирования , с учетом особенностей его функционирования , сравнения основных эксплуатационных показателей структур автоматизированных измерительных систем была разработана функциональная схема АСК ТС. Предложенная схема АСК ТС учитывает особенности эксплуатации систем передачи информации и многообразия режимов ее работы. Структура процедур разработанной схемы является "гибкой", так как позволяет реализовать принципы функционального контроля в периоды использования систем передачи информации без перерывов связи, использование принципов тестового контроля при техническом обслуживании и для определения технического состояния отдельно взятых элементов, не оказывая при этом влияния на работоспособность систем передачи в целом. Обобщенная структурная схема АСК ТС представлена ка рис.1.

Для реализации программных средств использованы программа быстрого преобразования Фурье (ПБПФ), что позволяет производить

формирование сигналов практически любого вида с обработкой выходных реакций.

А г—

П ДИ

П 1 ..

А

Р

А ди

Г

У

Р

А

С ДЙ

11

И

вход

выход

приборный интерфейс

1 м В

У Ы

— л X

ъ 0

2 т А

к

— п —

л А

е д

— к р

9 с Е

9 0 С

Р

АЦП

блок управ ления

блок сопряжения

ЦАП

прикладное программное обеспечение ЭВМ

цифровое измеритель

ное устройство напряжения и уровня

блок физической

модели БАЗА ДАННЫХ

БЛОК

РАСШИФРОВКИ

(экспертная система)

ПРОГРАММА

АНАЛИЗА

РЕЗУЛЬТАТОВ

ЕЛОК ВОЗДЕЙСТВИЯ -генератор э!п сигналов -ПДПФ и ОДПФ

УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Рис.1.

Реализация аппаратных средств АСК ТС основана на использовании таких типовых микропроцессорных схем как аналого-цифровые и цифро-аналоговых преобразователи, мультиплексоры и схем масштабируемых датчиков-преобразователей.

Выбор и расчет параметров аппаратных средств осуществляется на основе анализа количественных характеристик параметров. еы6-ранных в качестве контролируемых и требований, предъявляемых к АСК ТС по таким показателям как быстродействие и допустимая погрешность обработки информации.

Логическим завершением разработки АСК ТС является создание

обобщенного алгоритма ее функционирования и программ контроля технического состояния конкретных типов аппаратуры систем передачи информации. Описание алгоритма и листинги программ приведены в приложениях к диссертации.

Таким образом, на основе анализа структур информационно-измерительных систем, особенностей построения систем передачи информации . а также с учетом количественных и качественных характеристик параметров описывающих их техническое состояние, разработана оптимальная модель автоматизированной системы контроля технического состояния, позволяющая реализовать тестовый и функциональный контроль. При этом определены основные требования к ее параметрам и характеристикам. Разработанные алгоритм и программное обеспечение системы контроля позволяют постоянно осуществлять оценку технического состояния объекта контроля в процессе его эксплуатации, что повышает надежность функционирования системы в целом. Это и определило оптимальность структуры разработанного информационно-измерительного комплекса и его универсальность в использовании для контроля технического состояния различных по своему функциональному предназначению систем передачи и обработки информации.

В четвертой главе проведена технико-экономическая оценка эффективности внедрения АСК ТС. В качестве критериев были выбраны такие показатели как коэффициент готовности объекта диагнстирова-ния, коэффициент эффективности профилактических работ, объем профилактических работ, коэффициент технического использования.

На основании полученных статистических данных, учтены показатели, характеризующие особенности каждого из объектов диагностирования. В частности были исследованы зависимости показателей надежности от периодичности,циклов технического диагностирования и времени диагностирования, разработана методика определения оптимальных сроков технического обслуживания. Алгоритм такого рас-

чета носит обобщенный характер и может быть использован при оценке этого параметра для любой технической системы .

Используя аппарат теории полумарковских процессов можно получить выражение для Ког: Ког = ш, (Т+[1-Г(Т)Ид ♦Г+СПт,) , где ш,- среднее время пребывания объекта контроля в исправном состоянии за период времени Г , которое определяется по формуле:

f [l-F(t)

n '

] dt.

Используя выражение для определения вероятности возникновения дефекта в ОД за интервал времени Т:

rT 1 г (t-m)2 F(T) = 0.5 i -- exp

J б |/2я

26z

dt. где

ии б - математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение случайной величины времени до возникновения дефекта в объекте контроля, и учитывая, что достаточно значения I рассматривать в интервале [ га - 36.®], так как при Кш - 36 вероятность возникновения дефекта в ОД пренебрежительно мала, соотношение для Ког может быть записано в виде:

~ (-1)пГ(Т-!П/б)?ПТ-ш) -З3п'2з1

О, 5m-1, 56 + 0,5T-nZ0 ^ (2п +1)(2п +2)2„п! К„г ----

(-1)ПГ(Т - ш/бР+11

Т + 0, 5(тв+тд) + (тв- тд) I

п-0 1/2Я (2п +1)2пп!

Соотношение отражает зависимость Ког от показателей контролепригодности тд_ ремонтопригодности тв , безотказности ш, б и периодичности диагностирования Т ОД. Приближенное значение оптимального периода диагностирования, при котором достигается максимум Ког можно рассчитать по формуле:

т

.= - х+(Лх+т)2 + /2я б(х-ш)-1,5б2 , где

ш

V 2Л б(тв+тд)- 2т(тв-тд)

2(/2Х +тв-Тд)

Для получения точного значения оптимального периода и графической зависимости Ког от показателей АСК ТС (тлв.тд. б Топт.), предлагается использовать алгоритм приведенный на рис.2.,По результатам вычислений может быть построена номограмма представленная на рис.3.,отражающая зависимость Ког.макс. (Т9ПТ.,тв,т) .При этом было положено, что б = т/К (К-сопэи и тд=(тв-Р)/А (А и Р=соп5и.

Номограмма может быть использована для определения комбинации показателей системы диагностирования, если часть показателей задана. Так при заданных Ксг.макс и тв по кривой 1 может быть найдено соответствующее значение математического ожидания т. а по кривой 2 -.Топт,- Если заданы значения не совпадающие с указанными на номограмме, то необходимо применять процесс интерполяции.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы о предполагаемой эффективности внедрения автоматизированной системы контроля технического состояния:

1.Эффективность технического обслуживания увеличивается примерно в 2,75 раза, среднее значение коэффициента эффективности технического обслуживания соответственно возрастает до величины 0,5913.

2.Эффективность технического использования СПИ возрастает примерно в 4,29 раза, среднее значение коэффициента технического использования соответственно возрастает от 0,1337 до 0,5738.

3.Средняя наработка на отказ возросла почти в 4,7 раза. Возрос также и коэффициент готовности.

4. Автоматизация процесса измерения электрических параметров позволяет значительно снизить количество отказов по вине технического персонала.

5. Внедрение контрольно-корректирующего метода технического

обслуживания, основанного на использовании АСК ТС, позволило значительно снизив общее число отказов повысить надежность работы контролируемых устройств.

Рис.3.

6.Использование АСК ТС позволит увеличить

повысить

качество статистической информации о техническом состоянии слсж-

ных систем передачи информации- в структурах управления как железнодорожного транспорта , так и других отраслей.

7.Уменьшение периодичности, повышение качества проводимых измерений при уменьшении количества подключений и переключений, что возможно только при автоматизации процесса измерения, оптимизация сроков проведения и объемов технического обслуживания позволят значительно улучшить показатели надежности систем передачи информации.

В заключении изложены итоги проведенного исследования, обобщены полученные результаты, суть которых сводится к следующему:

1. Показано, что для повышения надежности систем передачи информации, и эффективности их использования, оперативности в решении вопросов технического обслуживания, а также для внедрения новых прогрессивных методов технического обслуживания, а следовательно и обеспечения качественных показателей процесса функционирования систем управления движением поездоЕ, наиболее целесообразным является использование специализированных автоматизированных систем технической диагностики состояния аппаратуры автоматики, телемеханики и передачи информации.

2.Разработанные основные требования к системе автоматического контроля технического состояния позволили определить оптимальные ее технические характеристики и позволили создать ее рациональную структуру, которые обеспечили успешную практическую реализацию.

. 3.Разработаны алгоритм и программное обеспечение система контроля, обеспечивающие максимальную эффективность Функционирования разрабатываемой АСКТС.

4.На основе анализа работы функциональных схем объектов контроля и принципиальных схем отдельных функциональных элементов с

учетом таких характеристик как информативность, надежность, стоимость проверки и ряда других разработана методика определения оптимального набора и количества контролируемых параметров.

5. Разработана методика определения оптимальней периодичности циклов проведения измерений контролируемых параметров (циклов диагностирования) и на основе ее результатов разработана методика определения оптимальных сроков проведения технического обслуживания аппаратуры систем передачи информации.

6. Предложены методики расчета функциональных и принципиальных схем отдельных нетипсвых узлов разрабатываемой АСКТС.

8. Проведенные опытная эксплуатация и расчеты, на основе полученных в ее ходе данных показали, что внедрение АСКТС позволяет:

- повысить эффективность технического использования систем передачи информации в 4.3 раза;

- повысить эффективность технического обслуживания в 2.8 раза;

- увеличить среднюю наработку на отказ почти в 4,7 раза.

9. Произведенный расчет эффективности АСКТС показал, что ее внедрение способствует увеличению объема и повышению достоверности и качества информации о техническом состоянии аппаратуры и комплексов систем передачи информации.

10.Автоматизация процесса измерения электрических параметров позволяет значительно снизить количество отказов по вине обслуживающего технического персонала.

11.Уменьшение периодичности циклов измерений при одновременном уменьшении количества подключений и переключений в процессе проведения измерений позволяют в значительной степени улучшить показатели надежности систем передачи информации.

Публикации по теме диссертации.

1.Безручко В. В. Сансевич В. К. Прогнозирование остаточного ресурса систем передачи информации. /Тез. докл. первой межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта". Часть 2. М.РГОТУ ПС 1996г./

2.Безручко В. В. Методика определения оптимального набора контролируемых параметров сложных радиоэлектронных систем. /Тез. докл. научно-техническсй конференции "Проблемы совершенствования систем и техники связи" С-П ВВИУС 1996г./

3.Безручко В. В. Разработка модели автоматизированной системы технической диагностики аппаратуры систем передачи информации. /Тез. докл. научной конференции " Актуальные проблемы развития защищенных телекоммуникационных сетей связи". ч.З стр. 120-123г.ОРЕЛ ВИПС 1995 г./.

4. Безручко В. В. Сансевич В. К. Модель автоматизированной системы Функционального контроля аппаратуры передачи информации.

/Тез. докл. первой межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта". Часть 3. 1.РГОТУ ПС 1596г./

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

05.22.08. Эксплуатация железнодорожного транспорта /включая

БЕЗР! .зрлй Владимирович

системы сигнализаций, централизации и блокировки /.

Сдано в набор Д. 02 1997г. Подписано к печати 02 1097г. Формат бумаги 60 90 1/16

Заказ -/£2. Объем У. Тираж 100 экз.

Типография РГОТУПС 125808. Москва, ГСП-47. ул. Часовая 22/2