автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Разработка автоматизированной системы прогнозирования работоспособности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИИСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

САН СЕВ ИЧ Валерий Константинович

разработка автоматизированной

системы прогнозирования работоспособности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

05.22.08 — ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

(включая устройства сигнализации, централизации и блокировки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —

1997

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

На правах рукописи

САНСЕВИЧ Валерий Константинович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

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 РСФСР, доктор технических наук, профессор Дмитренко И.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Шелухин В.И., кандидат технических наук Серганов Я.Г.

Ведущая организация: Московское отделение Октябрьской

Защита состоится "25" марта 1997 г. в Л5_ час. На заседании диссертационного совета К 114.09.03. при Российском государственном открытом техническом университете путей сообщения по адресу: г. Москва, 125808, ГСП-47 Часовая ул., 22/2, ауд. 337.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан февраля 1997 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета

железной дороги

кандидат технических наук

Терешина О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных условиях новых экономиче-:ких методов хозяйствования особенно важное значение приобретают вопросы обеспечения безопасности движения поездов на станциях и перегонах, что обуславливает задачу повышения надежности функционирования аппаратуры систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ).

Одним из основных требований, предъявляемых к современным системам управления и контроля движением поездов, является обеспечение уровня безопасности их функционирования не ниже заданного, то есть исключение влияния отказов отдельных функциональных узлов или элементов устройств на безопасность всего технологического процесса.

Проблема обеспечения надежности и высокого качества функционирования аппаратуры СЖАТ относится к числу наиболее важных народно-хозяйственных задач. Стратегической линией ее решения на современном этапе и в перспективе является интенсификация, преимущественное развитие и использование методов, позволяющих повысить надежность и качество на основе наиболее рационального и экономического использования имеющихся ресурсов. В этих условиях проблема разработки диагностических систем и устройств, позволяющих на основе анализа измерительной информации формировать как долгосрочную стратегию технической эксплуатации устройств автоматики на основе прогнозирования их остаточного ресурса, так и оперативно определять закономерности изменения параметров и прогнозировать их значения в будущем, становится не только теоретической, но и важной практической задачей.

Анализ существующих разработок в области создания систем и устройста контроля, где в качестве узла управления используются мик-

ропроцессоры и микро-ЭВМ, показал, что недостаточно внимания уделяется вопросам автоматизации процессов определения технического состояния устройств автоматики и телемеханики, включая и вопросы прогнозирования динамики отказов и остаточного ресурса данных устройств.

Необходимость прогноза остро ощущается практически на всех этапах управления надежностью аппаратуры СЖАТ, и в первую очередь при решении задач диагностического обеспечения и планирования ее эксплуатации.

Низкая надежность и эффективность, ограниченные возможности измерительных комплексов, а также невысокая степень достоверности и точности получаемой, измерительной информации не позволяет использовать их в настоящее, время для проверки и контроля аппаратуры в ремонтно-технологических участках дистанций сигнализации и связи.

Комплексное решение этой сложной задачи предполагает разработку и решение ряда научно-технических задач по созданию и внедрению аппаратных и программных средств оценки работоспособности устройств СЖАТ.

Включение подсистемы прогнозирования в автоматизированную систему контроля расширяет возможности последней и позволяет решить дополнительно следующие задачи:

- расширение функциональных возможностей устройств контроля; - . ■ - прогнозирование изменений параметров объекта контроля (ОК);

- прогнозирование остаточного ресурса объекта контроля;

- устранение субъективности на этапах измерения и контроля параметров;. ^

- повышение достоверности о техническом состоянии ОК;

- разработка и выдача рекомендаций по управлению объектом;

- повышение производительности, культуры и условий труда обслуживающего персонала.

Внедрение автоматизированной системы контроля с прогнозированием позволит получить оценку надежности каждого конкретного экземпляра аппаратуры, а при наличии развитого диагностического обеспечения перейти к планированию эксплуатации устройств СЖАТ по фактическому состоянию.

Таким образом, разработка и внедрение автоматизированной системы контроля с прогнозированием технического состояния аппаратуры СЖАТ является важной научно-технических задачей, направленной на повышение качества контроля и обслуживания эксплуатируемых устройств автоматики, что позволяет улучшить качество технологического процесса железнодорожного транспорта и обеспечить безопасность движения поездов.

Целью диссертационной работы является решение задач повышения достоверности прогнозирования технического состояния и надежности элементов и аппаратуры железнодорожной автоматики с целью повышения эффективности их эксплуатации.

Основное внимание уделяется разработке методических основ автоматизированной системы контроля с прогнозированием работоспособности и надежности аппаратуры железнодорожной автоматики на основании исследования факторов, определяющих достоверность и точность прогнозирования изменений их технического состояния и надежности, обусловленных причинами износа и старения.

Методы исследования. Выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, получены в результате теоретических и экспериментальных исследований с использованием основных положений теории вероятностей, теории математической статистики, теории и методов минимаксного оценивания, теории многокритериального

оценивания, теории построения автоматизированных систем управления.

Для разработки и исследования моделей применялись методы имитационного моделирования.

Научная новизна состоит в следующем:

- разработана теория адаптивного прогнозирования постепенных отказов устройств автоматики в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных о процессах старения и износа на основе теории минимаксного оценивания;

- разработан способ формирования обобщенного параметра технического состояния устройств автоматики для прогнозирования их остаточного ресурса;

- разработаны алгоритмы прогнозирования остаточного ресурса устройств автоматики на основе обобщенного параметра их технического состояния;

- определены свойства результирующей погрешности прогнозирования постепенных отказов устройств автоматики, а также ее зависимость от вида используемой модели изменения параметров устройств и длины учитываемой предыстории;

- разработана функциональная структура автоматизированной системы контроля, решающей задачу прогнозирования постепенных отказов и остаточного ресурса устройств автоматики;

- разработана модель функционирования системы техничьского обслуживания устройств автоматики с переменным объемом и периодичностью работ.

Практическая ценность. Разработанная автоматизированная система контроля с прогнозированием технического состояния устройств автоматики в системе их технического обслуживания позволяет: прогнозировать постепенные отказы контролируемых устройств на основе анализа изменений параметров под воздействием факторов, необ-

ратимо изменяющих их техническое состояние, тем самым повышая их безотказность; прогнозировать остаточный ресурс устройств, выработавших назначенный ресурс, на основе анализа изменений обобщенного параметра их технического состояния.

Реализация работы. Полученные теоретические результаты доведены до алгоритмов и программ, которые были использованы при разработке автоматизированной системы контроля с прогнозированием технического состояния электронных устройств автоматики в рамках АСУ технической эксплуатацией стационарных объектов связи.

Апробация паботьг. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научной конференции "Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационных систем специального назначения" (г. Орел, ВИПС, 1997.), на первой межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" (г. Москва, РГОТУГ1С, 1996), на научно-технической конференции "Проблемы совершенствования систем и техники связи" (г. Санкт-Петербург, ВВИУС, 1996), на научной конференции "Актуальные вопросы развития защищенных телекоммуникационных сетей связи" (г. Орел, ВИПС, 1995), на заседаниях кафедры "Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте" РГОТУПСв 1994-1996 годах.

Публикации. Положения диссертационной работы были реализованы при выполнении научно-исследовательских работ и являются частью научно-исследовательской работы, проводимой на кафедре "Автоматика и телемеханика на ж,д. транспорте" РГОТУПС.

По результатам и материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и прило-

жений. Работа содержит 134 страницы машинописного текста, 34 рисунка, 6 таблиц, 42 библиографических наименования, 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследований, приведены основные результаты, полученные в диссертации и выносимые на защиту.

В первой главе анализируется проблема, возникающая в процессе эксплуатации технических систем и устройств, состоящая в анализе и учете отклонений реальных значений параметров электронных устройств от расчетных и обеспечения требуемого качества их функционирования при наличии таких отклонений. По мере усложнения устройств СЖАТ, повышения требований к качеству функционирования и увеличения ответственности выполняемых ими функций постоянно возрастает и актуальность этой проблемы.

Эффективность функционирования и работоспособность данных устройств в значительной степени зависят от состояния параметров их элементов, что приводит к изменению качества функционирования или отказам объектов. Это и требует разработки специальных мер по поддержанию необходимых характеристик объекта в условиях неизбежных вариаций его параметров.

Недостаточная изученность физических процессов старения и износа, несовершенство методов прогнозирования случайных процессов дрейфа параметров приводит к существенному недоиспользованию потенциальных возможностей технических объектов, к которым предъявляются высокие требования по надежности и безопасности. Сказанное свидетельствует о практической целесообразности решения задач по оптимизации эксплуатации устройств СЖАТ в условиях

дрейфа их параметров с использованием ресурсосберегающих методов их технической эксплуатации. Разработка автоматизированной системы контроля с прогнозированием технического состояния устройств СЖАТ обуславливает необходимость разработки методик прогнозирования постепенных отказов и остаточного ресурса данных устройств.

Разработана математическая модель, отражающая динамику основных свойств при эволюции контролируемого объекта. Оценка ресурса объекта производится на основе обобщенной модели изменения состояния контролируемого объекта.

В качестве базисных рассмотрены модели вида:

где а; - случайные величины;

{ф] (1)^=0..п} - непрерывные детерминированные функции времени. Такое представление можно интерпретировать как разложение случайного процесса по детерминированному базису. В качестве базисных используются линейные, степенные и экспоненциальные функции .

Предложено для прогнозирования технического состояния электронных устройств в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных о процессах их старения и износа использовать метод прогнозирования, построенный на основе экстремального (гарантированного) или минимаксного оценивания.

Центральным пунктом алгоритма прогноза является построение экстремальных полиномов Карлина:

л

>0

\

£а(/) = ^L + ©(/) - со^п ■

2 t-t„-1„

arccos---

tp-to

Во второй главе определяются источники возникновения погрешностей прогнозирования технического состояния объектов контроля в процессе эксплуатации.

Выделены основные этапы процесса прогнозирования, и определены основные источники погрешностей, возникающих при реализации методов прогнозирования, что позволило разработать обобщенную модель процессов образования погрешностей, их снижения в процессе прогнозирования, а также оценку достоверностей производимых результатов.

На основе теоретических и экспериментальных исследований, включающих в себя вычислительный эксперимент, выявлены свойства результирующей погрешности прогнозирования и зависимость ее ог вида используемой модели изменения параметров, степени зашумленности и длины учитываемой предыстории.

Ошибки контроля (а также ошибки идентификации процесса Y(t), погрешности, вызванные наличием обратимых флуктуаций, и др.) рассматриваются как некоторая помеха e(t), накладывающаяся па реализацию процесса Y(t). О помехе известно только, что ее возможные значения не превышают некоторых заданных величин 5(t). Тогда:

|е(t)I ¿5 (t), t е [to, tp], где [ t о, t P] - интервал контроля.

В третьей главе характеризуются особенности определения технического состояния объектов в подсистеме прогнозирования автомата-, зированной системы контроля, где в качестве входов указанных объектов рассматриваются все независящие от внешних воздействий параметры, определяющие их нормальное функционирование, а выходов

- совокупности независимых от внешних воздействий показателей, характеризующих техническое состояние объектов.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика прогнозирования постепенных отказов устройств автоматики по причине износа и старения, которая позволяет прогнозировать моменты выхода значений параметров за пределы области допустимых значений. Это дает возможность своевременно проводить коррекцию параметров посредством регулировок или ремонта устройств СЖАТ.

Методика прогнозирования постепенных отказов предусматривает:

- измерение значений контролируемых параметров контролируемых объектов в процессе эксплуатации;

- выбор вида функции У(0, характеризующей изменение параметра во времени для каждого контролируемого параметра;

- расчет коэффициентов модели определяющей характер изменения контролируемых параметров, с коррекцией их значений на каждом шаге прогнозирования;

- прогнозирование значений параметра на заданный интервал времени (прямая задача прогнозирования);

- прогнозирование момента выхода значения контролируемого параметра за пределы допустимой области (обратная задача прогнозирования).

Процесс контроля заключается в последовательном определении состояния параметров контролируемого объекта в каждый момент времени ъ в интервале измерения [ь>, 1Р]. В результате формируется протокол функционирования объекта за интервал Тр, который передается в подсистему прогнозирования для анализа.

Для решения задачи структурной идентификации модели дрейфа параметров в дополнение к критериям репрезентативности (разности

между откликами процесса и откликами предсказанными с помощью модели, удовлетворяют некоторому критерию) и простоты, привлекается критерий априорного знания структуры модели (имеется ввиду, что спектр структур модели определен. По своей сути поставленная задача может рассматриваться как оптимизационная, состоящая в поиске экстремума критерия оптимальности. При этом искомое решение оказывается возможным определить, применяя известные статистические процедуры обработки измерительной информации, в частности процедуру наименьших квадратов. Использование указанной процедуры предполагает следующую последовательность решения задачи.

1. Поиск заданного набора функций {cpj(t): j=0..n} оценок случайных коэффициентов | ia¡j : i=0..m, j=0..n | I, обращающих в минимум выражение:

H:(aiJ)=±a¡J(p){tk ))2,/ = 0^

1-О

2. Выявление искомого набора {cp/t): j=0..n}, соответствующего экстремуму критерия оптимальности, зависящего от №(А):

= min¿ Н?(ац), s = ÍJV .

* /=о

С целью сокращения объема хранимых и обрабатываемых данных в алгоритм прогнозирования введена процедура определения значимости, рассчитанных на предыдущем этапе коэффициентов модели. Проверка гипотезы значимости коэффициентов уравнения регрессии осуществляется на основе дисперсионного анализа. Вычисляется отношение дисперсий:

р SPT-ff/fr-z) Z0Í-S)2 '

где У, - значение зависимой, среднее значение зависимой переменной, Уг оценка уравнения регрессии, п - число степеней свободы.

Повышение достоверности прогноза осуществляется за счет включения в алгоритм прогноза двух контуров адаптации прогноза.

Первый из них предназначен для сравнения двух оценок уравнений регрессии на каждом шаге прогнозирования, которые по крайней мере представляются равновероятными. Для решения этой задачи используется симметричный критерий Вильямса и Клута. Нулевая гипотеза заключается з том, что два (возможно нелинейных) уравнения регрессии одинаково способны предсказать значения У. Проверка осуществляется путем оценивания углового коэффициента X (с помощью линейной регрессии) уравнения линии, проходящей через начало координат:

Если, выбранная на ч-ом шаге прогнозирования модель окажется хуже, то данные q-oй предыстории аппроксимируются моделью, выбранной на ^-1)-ом шаге прогнозирования.

Вторая процедура адаптации предназначена для учета неравномерности всей прошлой информации. Она состоит во введении специального индикатора в алгоритм прогноза. Этот индикатор должен реагировать на возникновение "опасных" расхождений между результатами прогноза и контроля У (О- С точки зрения теории управления он может рассматриваться как критерий обработки прогнозирующей системой ошибок модели У^). Конструкция специального индикатора, исходя из особенностей гарантированного прогноза, представлена в виде:

,tf

i«;

>1

где aj : «; =2Ы- Mo);

Ei,E2 - погрешности измерения;

z(tj) - измеренное значение параметра.

Наделение метода гарантированного прогноза свойством устойчивости по отношению к ошибкам модели Y(t) имеет особо важное значение для успешного решения задачи прогнозирования состояния технических объектов. Его использование позволяет свести к минимуму влияние неопределенности сведений о дрейфе параметров объекта на достоверность и точность предсказания.

В условиях перехода к рыночным отношениям в экономике, следует уделить особое внимание оптимизации эксплуатации устройств СЖАТ посредством разработки и внедрения ресурсосберегающих методов технической эксплуатации. При этом основой таких методов должны быть данные об остаточном ресурсе объекта. Остаточный ресурс устройства является функцией, аргументами которой являются удалённость оценки текущего технического состояния устройства от границ области D и скорость Von изменения определяющего параметра, вызванная действиями факторов, необратимо изменяющих техническое состояние объекта. При этом, установленные нормативно-технической документацией критерии перехода объекта в предельное состояние, не учитывают условий эксплуатации конкретного объекта. Тогда становится необходимым решение задачи по определению границ предельного состояния посредством процедуры прогнозирования.

Решение этой задачи предлагается посредством разработки и включения методики прогнозирования остаточного ресурса устройств СЖАТ в разработанную автоматизированную систему контроля с прогнозированием. Центральным пунктом в методике является разработанный метод формирования обобщенного (определяющего) параметра, который представляет собой отношение предложенных в работе многоаргументных функций от выходных и входных параметров объектов контроля.

Анализ показывает, что в подавляющем большинстве случаев понятие прогнозирующего параметра для оценки технического состояния устройств автоматики совпадает с понятием определяющего параметра (ОП). Однако следует заметить, что определение ОП не включает в себя основных принципов его выбора. Значение параметров, определяющих нормальное функционирование (входов), а также показателей, характеризующих техническое состояние объекта контроля (выходов), определяется на этапе измерения. При этом необходимым условием для включения значений входов и выходов в совокупности формирующих ОП параметров является их инвариантность к внешним возмущениям. Выбор ОП должен производиться при обязательном учете ниже изложенных положений:

- ОП должен по возможности представлять собой параметр устройств СЖАТ наиболее высокого иерархического уровня, инвариантный к воздействию факторов, обратимо изменяющих выходные параметры устройств;

- иерархический уровень ОП, как параметра устройств СЖАТ, должен определяться исходя из целей функционирования устройства, причем с повышением функциональных требований к нему, иерархический уровень ОП должен повышаться.

Для большинства устройств СЖАТ определяющий параметр представляет собой отношение некоторой функции от нормированных вы-

ходных собственно параметров Увых к функции от нормированных входных собственно параметров ХВх,.

В работе приведен пример выбора ОП для трехпараметрического изделия электронной техники.

На основе проведенных исследований предлагается формировать ОП устройства как отношение:

4х.*)'

где ЭТ (Увы*) и 5Я (Хпх) - рекуррентные оценки результирующих выходных и входных значений Уок.

Изложенный метод формирования ОП является универсальным для различных классов устройств СЖАТ. Трудность заключается лишь в том, что в сложных устройствах требуется увеличение количества независимых ОП. Решение этой задачи предлагается путем формирования ОП _(-го уровня общности с последующим определением стабильности этого ОП (например, дисперсии), которая и представит независимый ОП (]+1)-го уровня общности.

Прогнозирование момента достижения объектом предельного состояния производится на основе метода гарантированного прогнозирования.

Таким образом, включение разработанных методик в автоматизированную систему контроля с прогнозированием позволило сформировать информационную базу; которая необходима для процедуры коррекции периодичности проведения технического обслуживания. Это позволило, в условиях эксплуатации, особенно на начальном этапе внедрения стратегии технического обслуживания по состоянию, когда исходных данных для применения статистических методов прогнозирования недостаточно, повысить эффективность использования устройств СЖАТ.

В четвертой главе разработана функциональная и логическая структура АСК параметров устройств автоматики; разработана модель и алгоритм функционирования системы технического обслуживания с переменными параметрами; произведена оценка эффективности применения системы технического обслуживания с переменными параметрами устройств автоматики.

На основе проведенных исследований и полученных результатов были доработаны и обобщены некоторые традиционные положения теории и практики АСУ, установлены требования к алгоритмическому обеспечению АСК с про1 позированием, что с учетом особенностей объекта контроля позволило разработать функциональную структуру АСК.

Включение в АСК подсистемы прогнозирования постепенных отказов и остаточного ресурса позволило решить перечисленные выше задачи и получить следующие преимущества:

- существенно понизить трудоемкость диагностирования;

- обеспечить высокую степень достоверности информации о техническом состоянии контролируемых устройств;

- использовать жесткие алгоритмы технического диагностирования, исключающие возможность вмешательства субъективных факторов;

- документировать диагностическую информацию;

- систематически накапливать информацию о техническом состоянии контролируемого объекта, его изменении;

- формировать информационное поле как для оперативного прогнозирования постепенных отказов, так и для долгосрочного прогнозирования остаточного ресурса данных устройств;

- создать условия для внедрения стратегии технического обслуживания по состоянию.

Изложенное выше позволило определить обобщенную структуру АСК с прогнозированием. Структура АСК представлена подсистемами: контроля и прогнозирования (ПКП), технического обслуживания и ремонта (ПТО и Р), управления техническим состоянием объекта (ПУТС). В свою очередь ПКП состоит из подсистем сбора и передачи информации (ПСПИ), хранения и обработки информации (ПХОИ), определения фактического состояния (ПОФС). а также прогнозирования, верификации и коррекции результатов прогноза (ППВКП). Здесь подсистемы на ряду с традиционными функциями, включают в себя выполнение ряда нетрадиционных функций, базирующихся на основе полученных результатов в предыдущих главах. ПЭВМ управляет процессами ввода-вывода информации в системе, с помощью математического аппарата программного обеспечения АСК обрабатывает результаты измерений и преобразований. ПЭВМ принимает решение о техническом состоянии устройств автоматики с выводом измерительной информации в табличном виде и прогнозной информации в графическом виде. Визуальное отображение процессов изменения параметров позволяет пользователю более адекватно интерпретировать полученные результаты и упростить процедуру принятия решения по техническому обслуживанию аппаратуры.

При оценке эффективности прогнозирования использованы идеи теории автоматического регулирования (ТАР). Для длины учитываемой предыстории, при которой погрешность прогнозирования практически достигает установившегося значения, то есть когда достигается минимальная для данного метода прогнозирования погрешность, аналогом в ТАР служит длительность процесса регулирования.

Для определения оценки качества прогнозирования применяется оценка смещенности результатов прогноза, производимая по критерию качества, который рассчитывается согласно:

.V, Л'| +5с

■V, ,v,

Результативность стратегии технического обслуживания характеризуется векторным критерием типа "стоимость-готовность":

э(0={с(0,х(/)}.

Первая компонента представляет собой средние суммарные затраты C(t) на контроль, техническое обслуживание и ремонт за время эксплуатации t. Значение затрат выступает как экономическая характеристика системы технического обслуживания, с помощью нее определяется доля, которую занимают эксплуатационные расходы в общей структуре затрат на реализацию жизненного цикла устройства.

Вторая компонента представляет собой нестационарный коэффициент готовности Kt(í), который характеризует надежность устройства в процессе эксплуатации с учетом их восстановления. Важность достижения высокой готовности устройств автоматики обусловлена ответственностью выполняемых ими задач. Именно поэтому целесообразно одним из важнейших критериев оптимальности системы технического обслуживания устройств автоматики выбрать условие выполнения требований к их готовности.

Произведен расчет и определена технико-экономическая эффективность от внедрения автоматизированной системы контроля с прогнозированием, которая достигается за счет:

- сокращения времени простоя аппаратуры. Это сокращение наиболее эффективно достигается за счет процедуры прогнозирования постепенных отказов;

- продления сроков службы аппаратуры, выработавшей назначенный ресурс;

- сокращения времени, затрачиваемого на определение технического состояния объекта контроля;

- устранения субъективности, повышения надежности, достоверности и точности измерений и прогнозирования.

При использовании стратегии технического обслуживания по состоянию значительно сокращаются затраты труда на определение технического состояния объекта контроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований в диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Доказано, что наиболее эффективным путем совершенствования технического обслуживания устройств автоматики и телемеханики является повышение качества измерения и контроля их параметров, а также идентификация их технического состояния с применением автоматизированной системы контроля и прогнозирования, построенных на микропроцессорной элементной базе.

2. Доказано, что эффективность функционирования АСК связана с сокращением времени восстановления работоспособности устройств ж.д. автоматики. Общие тенденции научно-технического прогресса таковы, что моральный срок старения данных устройств меньше времени их износа. Указанное обстоятельство приводит к тому, что уменьшается количество априорных сведений о процессах их износа и старения. Что вызывает усложнения систем диагностирования, в функции которых все чаще вводятся процедуры идентификации не только параметров аппаратуры, но и видов моделей их износа и старения.

3. Доказано, что для более эффективного решение указанных задач и АСК целесообразно использовать подсистему адаптивного прогнозирования, реализующую как процедуру прогнозирования технического состояния контролируемых устройств, так и процедуру прогнозирования его остаточного ресурса.

4. Предложена система моделей для оценки состояния контролируемого объекта и его изменения под действием процессов износа и старения, включающая в себя модель детерминированной составляющей изменения параметров во времени. Что обеспечило теоретическую основу построения автоматизированной системы прогнозирования, а также планирования эксперимента по изучению информационной производительности алгоритмов прогнозирования.

5. Предложен способ формирования обобщенного параметра как результата однозначного перехода из многомерного множества собственно параметров наиболее высоких иерархических уровней общности в пространство, образованное точечным множеством. Данный способ заключается в определении отношения предложенных в работе многоаргументных функций от выходных показателей, характеризующих техническое состояние сложных устройств и входных параметров, определяющих нормальное функционирование рассматриваемых устройств.

6. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение оценки параметров математической модели изменения технического состояния объектов контроля и собственно реализация гарантированного прогнозирования на основе использования идей мннимахса , применение которых при решении задач прогнозирования тенденций развития нестационарных случайных процессов с явно выраженной детерминированной составляющей, позволило сократить временные и аппаратурные затраты на реализацию автоматизированных систем прогнозирования, решающих эти задачи.

7. В работе определены основные источники погрешностей, возникающих при реализации методов прогнозирования, что позволило разработать обобщенную модель процессов образования погрешностей, их снижения в процессе прогнозирования, а также оценку досто-верностей производимых результатов. На основе теоретических и экспериментальных исследований, включающих в себя вычислительный эксперимент, реализованный на ЭВМ, предложены свойства, характеризующие погрешности определения различных параметров математической модели изменения технического состояния устройств, на основе которых возможно осуществлять не только управление этими устройствами в процессе эксплуатации, но и разрабатывать новые методы коррекции результатов прогнозирования.

8. Предложена методическая основа автоматизированной системы контроля с прогнозированием как постепенных отказов так и остаточного ресурса устройств автоматики и телемеханики.

9. Разработана модель и программное обеспечение основ функционирования системы технического обслуживания с переменными параметрами, что позволило значительно повысить производительность и кулмуру труда обслуживающего персонала, улучшить условия труда.

10. Доказано, что внедрение АСК с прогнозированием повышает качество обслуживания устройств автоматики и телемеханики за счет полноты, глубины и объема информации об объекте, а также за счет обеспечения программного управления технической эксплуатацией устройств. Эффективность от внедрения системы заключается в экономии трудозатрат на техническое обслуживание одного устройства за год эксплуатации не менее 130 чел,/час.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дмигренко И.Е., Сансевич В.К., Кузьменко О.Г. Особенности измерения и контроля параметров систем автоматической коммутации. // Тез. докл. первой межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта". Часть 1. - М.: РГОТУ ПС, 1996. С. 128-130.

2. Сансевич В.К. Прогнозирование остаточного ресурса радиоэлектронных устройств. // Тез. докл. Всероссийской йаучной конференции "Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационных систем специального назначения". -Орел: ВИПС, 1997.

3. Сансевич В.К. Совершенствование технической эксплуатации устройств связи стационарных объектов.// Тез. докл. научной конференции "Актуальные вопросы развития защищенных телекоммуникационных сетей связи". Часть 1. - Орея : ВИПС, 1995. С. 230-233.

4. Сансевич В.К. Подходы к реализации стратегии технического обслуживания по состоянию на стационарных объектах связи. // Тез. докл. научной конференции "Актуальные вопросы развития защищенных телекоммуникационных сетей связи". Часть 1. - Орел: ВИПС, 1995. С. 237-240.

5. Сансевич В.К., Безручко В.В. Прогнозирование остаточного ресурса систем передачи информации. И Тез. докл. первой межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта". Часть 2. - М.: РГОТУ ПС: 1996. С. 137-140.

6. Сансевич В.К., Тараканов О.В., Дамм В.А. Классификация ситуаций на основе отношений между разнородными признаками.

// Сборник научных трудов № 6. - Орел: ВИПС, 1996. С.53-57.

.7. Сансевич В.К. Формирование определяющего параметра для прогнозирования остаточного ресурса устройств электронной техники. //Тез. докл. научно-технической конференции "Проблемы совершенствования систем и техники связи". -С-П.: ВВИУС, 1996. С.62.

8. Сансевич В.К., Тараканов О.В. Процедура определения события, изменившего состояние сложного объекта контроля. //Тез. докл. научно-технической конференции "Проблемы совершенствования систем и техники связи". - С-П.: ВВИУС, 1996. С.71.

¡9. Сансевич В.К. Применение экстремальных полиномов Карлина при решении задачи прогнозирования остаточного ресурса радиоэлектронных устройств. // Тез. докл. научно-технич. конференции " Приоритетные пути развития систем военной связи". - С-П.: ВАС, 1996.

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

Сдано в набор..... 75Гб'2Л 997 г!.............................................................Зака7"7££..........................

САНСЕВИЧ Валерии консгантинович

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Подписано к печати 02.1997 г. Формат бумаги 60 х 90 1/16

Объем ¿,-5%. Тираж ЮОэхз.

Типография РГОТУПС. 125808, Москва, ГСН-47, Часовая ул., 2212