автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка системы дистанционного управления техническими средствами станций метрополитена для регулирования пассажиропотоков

ВВЕДЕНИЕ . Ч

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Управление техническими средствами на станциях метрополитена

1.2. Анализ методов обслуживания систем управления

1.3. Оптимизация поиска и устранения неисправностей технических систем

1.4. Цель исследования и ее обоснование

Глава 2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВ« СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА ДНЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАССАЖИРОПОТОКОВ 2.1. Определение объектов дистанционного управления, степени автоматизации и формы представления оперативной информации

2.2. Выбор иерархической структуры системы ДУ-ТСМ

2.3. Выводы по главе

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ

ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО ПЕРСОНАЛА И КОЛИЧЕСТВА ЗАПАСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДНЯ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ СТАНЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

3.1. Зависимость между ресурсами, выделяемыми на обслуживание, и надежностью системы теленаблюдения

3.2. Определение численности обслуживающего персонала и необходимого количества запасных элементов

3.3. Обслуживание системы при ограниченном внедрении

3.4. Выводы по главе 3 . Р

Глава 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПТИМАЛЬНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ТЕЛЕАДПАРАТУШ СИСТЕМЫ ДУ-ТСМ

4.1. Математическая модель восстановления телеаппаратуры

4.2. Метод построения оптимальных алгоритмов восстановления

4.3. Выводы по главе 4 . ¿/

Глава 5. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ ДУ-ТСМ :

5.1. Система ДУ-ТСМ станции "Университет" Киевского метрополитена . //

5.2. Расчет экономической эффективности системы /

5.3. Результаты опытной эксплуатации системы ДУ-ТСМ станции "Университет" Киевского метрополитена

Одной из главных целей Коммунистической партии и Советского правительства является дальнейшее улучшение условий труда и быта советских людей / /. Важную роль в жизни населения страны играет общественный транспорт, наиболее быстрым и безопасным видом которого является метрополитен. Сеть метрополитенов СССР непрерывно расширяется, но еще более высокими темпами растет потребность населения в перевозках, что приводит к постоянному увеличению интенсивности перевозочного процесса и загрузки технических средств, связанных с перемещением пассажиров. В этих условиях при существующей технологии работы станций регулирование пассажиропотоков и использование станционного оборудования часто осуществляются далеко не лучшим образом, что способствует образованию скоплений пассажиров у эскалаторов и дверей вагонов. Шесте с тем, увеличение числа станций при существующей технологии их работы приведет к росту эксплуатационного штата (низкоквалифицированных работников), что создаст большие трудности в условиях ограниченных трудовых ресурсов.

Возникла насущная необходимость, используя новые технические средства, улучшить систему управления работой станций метрополитена с целью оптимального решения задачи перевозки пассажиров. Проблема эта усложняется необходимостью одновременного решения важного социального вопроса - уменьшения численности персонала станций.

Решению этой комплексной задачи на советских метрополитенах в значительной степени может содействовать автоматизация управления техническими устройствами станции.

Вопросам совершенствования технологии работы станций метрополите на и управления пассажиропотоками уделяется большое внимание за рубежом. На многих зарубежных метрополитенах используются системы дистанционного управления техническими средствами станций, отличающиеся друг от друга структурой, техническим исполнением и технологическими аспектами эксплуатации.

Общим элементом этих систем является то, что для контроля за техническими средствами станций используется теленаблюдение. Это является следствием того, что другим путем нельзя обеспечить безопасность регулирования пассажиропотоков.

В условиях советских метрополитенов использование этих систем не может оказаться эффективным, поскольку по числу перевозимых пассажиров и нагрузкам на станции большинство советских метрополитенов намного превосходит зарубежные (табл. 1.1) /56/. Кроме того, метрополитены СССР отличаются и некоторыми особенностями организации перевозочного процесса. Например, вследствие наличия большого числа станций глубокого заложения на отечественных метрополитенах эскалаторы являются одним из основных технических средств перевозочного процесса, в то время как за рубежом, где преобладает мелкое заложение линий метрополитена, эскалатор! являются, в основном, средством повышения комфорта. В этих условиях, при максимальном заполнении эскалаторов, возрастает роль телеконтроля как средства повышения оперативности регулирования пассажиропотоков и к системе управления объектами станции и средствам теленаблюдения должны быть предъявлены повышенные требования.

В СССР в течение ряда лет проводились работы по использованию теленаблюдения на Московском, Ленинградском, Киевском и Тбилисском метрополитенах, однако до сих пор системы дистанционного управления техническими средствами станций с применением теленаблюдения не нашли широкого применения, хотя назревшая необходимость их использования очевидна. Это объясняется в первую очередь тем, что до сих пор не были разработаны технологические аспекты эффективного использования таких систем с учетом возможностей нового поколения отечественной телевизионной аппаратуры, конструкции станций, распределения пассажиров и некоторых особенностей организации перевозочного процесса.

Необходимость использования систем дистанционного управления техническими средствами станций метрополитена с применением теленаблюдения подчеркнуло также решение совещания, проведенного Министром путей сообщения СССР 22 июня 1983 г. (протокол № 31), возложившее на ВШИЖТ ответственность за определение наиболее эффективной системы промышленного телевидения для регулирования пассажиропотоков на станциях и повышения безопасности перевозок пассажиров на эскалаторах.

Таким образом, создание системы дистанционного управления техническими средствами станции метрополитена для регулирования пассажиропотоков, соответствующей условиям отечественных метрополитенов, представляет собой актуальную проблему научных исследований.

Разработанная во ВНЮТТ'е по результатам исследований автора система дистанционного управления техническими средствами станции метрополитена позволяет одному человеку с операторского пункта станции дистанционно управлять работой эскалаторов, в случае необходимости перекрывать входные и выходные светофоры и снимать напряжение с контактного рельса на обоих путях станции, осуществлять дистанционное управление рабочим и дополнительным освещением прилегающих тоннелей, а также устройствами, разрешающими допуск работников в тоннель. На пульте управления системой размещаются соответствующие органы управления, телевизионные мониторы, средства громкоговорящего оповещения и связи. Использование этой системы позволяет осуществлять непрерывный контроль за пассажиропотоками на станции, повышает оперативность управления и культуру обслуживания пассажиров, улучшает условия труда станционного персонала, дает возможность сократить его численность.

В условиях широкого внедрения системы дистанционного управления техническими средствами станции метрополитена с применением теленаблюдения возникает задача обслуживания и ремонта телевизионной аппаратуры, В разработанной системе используются отечественные однокамерные промышленные телевизионные установки (ПТУ). Выход установки из строя не приводит к отказу системы, но ухудшает качество ее функционирования, поэтому основной задачей обслуживающего персонала является скорейшая замена неисправной ПТУ. Для замены и ремонта элементов системы необходим определенный эксплуатационный штат и некоторое число запасных элементов. Для того, чтобы определить рациональную численность обслуживающего персонала и необходимое количество запасных элементов, нужно установить зависимость между этими ресурсами и показателями надежности системы. Для решения этой задачи в работе применен метод динамики средних. В результате получены простые соотношения для определения неизбыточных ресурсов на обслуживание, достаточных для обеспечения высокой надежности системы.

Как показывают статистические данные, сейчас время восстановления телевизионной аппаратуры достаточно велико. Его можно значительно сократить, предоставив в распоряжение обслуживающего персонала инструкции пошиску и устранению неисправностей, или, другими словами, алгоритмы восстановления. Однако, для одного и того же устройства можно построить большое число алгоритмов воестановления, отличающихся друг от друга как проверками, так и порядком их выполнения. Эффект дает лишь применение того алгоритма, который гарантирует восстановление аппаратуры за минимальное среднее время. Проблеме построения оптимальных алгоритмов диагностирования и восстановления технических систем посвящены работы Г.Ф.Верзакова, И.Е.Дмитренко, С.М.Латинского, А.И.Марона, П.П.Пархоменко, П.С.Пашковского и других исследователей. В этих трудах разработаны теория и методы оптимизации восстановления систем, при диагностировании которых применяются лишь проверки, не изменяющие технического состояния (в этом случае восстановление состоит из двух четко разделенных стадий: поиск неисправности, устранение дефектов). Вопросы же восстановления систем, при поиске неисправностей' которых применяются пробные замены элементов, подозреваемых на отказ, пока еще не получили ясного ответа. В то же время для восстановления телевизионной аппаратуры такие диагностические действия являются одними из основных. Вследствие этого актуальной задачей является создание методов построения оптимальных алгоритмов восстановления систем, при поиске неисправностей которых наряду с проверками применяются замены элементов. В настоящей диссертации приводится решение этой задачи.

Данная работа посвящена разработке принципов построения и решению вопросов технической реализации системы дистанционного управления техническими средствами станции метрополитена для регулирования пассажиропотоков, соответствующей условиям отечественных метрополитенов, а также разработке методов ее технического обслуживания и диагностирования.

5. Основные результаты диссертационной работы использованы для создания системы ДУ-ТСМ на станции "Университет" Киевского метрополитена. Экспериментальная проверка системы полностью подтвердила теоретические положения, изложенные в диссертации.

6. Внедрение системы ДУ-ТСМ, построенной в соответствии с разработанными принципами, позволяет повысить оперативность регулирования пассажиропотоков и степень безопасности, улучшить условия и повысить производительность труда персонала станций метрополитена.

Годовая экономическая эффективность внедрения системы на всех метрополитенах страны превысит 350 тысяч рублей. Внедрение системы даст и большой социальный эффект, приводя к сокращению численности работников станций более чем на 500 человек.

Система одобрена и рекомендована Главным управлением метрополитенов МПС СССР для широкого внедрения на всех метрополитенах страны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнено комплексное теоретическое и экспериментальное исследование проблемы создания системы дистанционного управления техническими средствами станции метрополитена для регулирования пассажиропотоков. Получены следующие основные результаты:

1. Разработаны принципы построения системы ДУ-ТСМ для регулирования пассажиропотоков. Определены основные объекты, которыми необходимо управлять и необходимая для этого информация. Введены критерии для оценки эффективности системы ДУ-ТСМ. Установлено, что на советских метрополитенах следует внедрять децентрализованную систему.

2. Решена задача определения оптимального объема ресурсов на техническое обслуживание системы ДУ-ТСМ.

Для решения этой задачи разработана специальная математическая модель. В этой модели множество ПТУ, используемых ддятвлена-блюдения, рассматривается как объект, в котором отказ одного элемента не приводит к прекращению функционирования других.

Отказавшие элементы заменяются на запасные, доставляются в ремонт и ремонтируются. Не только ремонт, но и замена не мгновен-ны. Исследование данной модели с помощью метода динамики средних привело к получению ряда новых теоретических результатов.

Впервые получены аналитические выражения, позволяющие по заданному числу элементов, интенсивностям их отказов, замен и ремонтов находить минимальные значения численности обслуживающего персонала и количества запасных элементов, при которых математическое ожидание числа функционирующих элементов будет максимально.

Получены приближенные выражения, описывающие динамику изменения математического ожидания численности функционирующих в системе элементов в зависимости от ресурсов, выделяемых на обслуживание.

Вэшена задача определения ресурсов на техническое обслуживание системы ДУ-ТСМ при ограниченном внедрении. Поскольку в этом случае число элементов системы невелико, для решения задачи использовался аппарат марковских случайных процессов.

3. Разработана математическая модель процесса восстановления теле аппаратуры. В этой модели объект восстановления рассматривается как стохастический объект управления, осуществляющий под действием проверок и замен движение в фазовом пространстве, координатами которого являются номера возможных неисправностей. Выведены уравнения движения объекта.

4. Разработан метод построения оптимальных алгоритмов восстановления телеаппаратуры. В отличие от ранее известных, этот метод применим и в'том случае, когда при поиске неисправностей наряду с проверками могут выполняться и пробные замены элементов, но с тем условием, что процесс восстановления должен заканчиваться за конечное число шагов и в объекте замененным должен оказаться только действительно отказавший элемент.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года. Правда, 1980, 2 декабря.

2. Материалы Пленума Центрального Комитета КПСС, 10 апреля 1984 г. М.: Политиздат, 1984, - 31 с.

3. Богданов Г.М. Прикладные телевизионные установки. М.: Связь, 1979, - 280 с.

4. Введение в техническую диагностику (Верзаков Г.Ф., Киншт Н.В., Рабинович В.И., Тимонен Л.С.) М.: Энергия, 1968, - 224 с.

5. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио. , 1972, 552 с.

6. Гарсия В.Д. Применение промышленного телевидения на метрополитенах. В сб. науч.тр. ВНЙИЕГ, вып.670,: Совершенствование перевозочного процесса и технических средств метрополитенов СССР. -М.: Транспорт, 1983, с.58-61.

7. Гарсия В.Д., Марон А.И. Обслуживание станционных систем теленаблюдения. Вестник ВНИИНТ, 1983, $ 8, с.48-51.

8. Гарсия В.Д., Павлов Е.И. Применение телевидения для наблюдения за пассажиропотоками на эскалаторах метрополитена. В сб. науч.тр. ВНИШГГ, вып.648,: Повышение надежности эскалаторов метрополитенов. М.: Транспорт, 1981, с.90-93.

9. Гнеденко Б.В., Наср Ю. О ненагруженном резервировании с восстановлением. Автоматика и телемеханика, 1968, № 7.

10. ГОСТ 20911-75. Техническая диагностика. Основные термины и определения. - Переиздат. Ноябрь, 1976.

11. Дмитренко И.Е. Теория и методы автоматического контроля и диагностики устройств СЦБ в эксплуатационных условиях. Автореф.днс. . доктора техн.наук, Москва, 1979.

12. Ддитренко И.Е., Марон А.И. Математическая модель объекта диагноза. В сб. науч.тр.: Методы расчета долговечности и устойчивости железнодорожных устройств. - М.: ВЗИИТ, вып.100, 1979, с.97-99.

13. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: Советское радио, 1975, - 472 с.

14. Кузнецов П.И., Дчелинцев Л.А., Гайденко В.С. Контроль и поиск неисправностей в сложных системах. М.: Советское радио, 1969, - 240 с.

15. Кузнецов П.И., Пчелинцев Л.А. Об одной задаче поиска неисправности. Автоматика и телемеханика, 1969, № 3, с.137-140.

16. Кутьин А.И., Гарсия В.Д., Павлов Е.И. Телевидение на метрополитене. Метрострой, 1982, № 4, с.28-31.

17. Любатов Ю.В. Оптимальная процедура локализации неисправности в модуляризованной радиоэлектронной системе. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1964, & 4, с.18-24.

18. Марон А. И. Разработка методов оптимального диагностирования устройств СЦБ на железных дорогах. Автореф.дис. . канд.техн. наук. Москва, 1981,

19. Марон А.И. О построении оптимального алгоритма поиска дефектов в объекте из последовательно соединенных элементов. В сб, науч. тр.: Математические вопросы управления производством. -М.: МГУ, вып.9, 1981, с.57-§4.

20. Марон А.И. Об оптимизации поиска дефектов в технических объектах диагноза. Программирование, Л 4, 1980, с.64-71.

21. Методика определения эффективности затрат в непроизводственную сферу: утв. Госпланом СССР 26.02.1981. Экономическая газета, 1981, № 2, с. II.

22. Метрополитены мира. Метрострой, 1983, $ 7, с.28-30.

23. Мозгалевский Л.В., Ясеновец В.П. Определение оптимальной последовательности поиска единственного отказа. Изв.Ленинградского электротехнического института, вып. 107, 1972,с. 35-42.

24. Пашковский П. С. Задачи оптимального обнаружения и поиска неисправностей в РЭА. М.: Радио и связь, 1981, 280 с.

25. Правила технической эксплуатации метрополитенов: Щетро/3385, утв. ШС 12.II. 1976, М.: Транспорт, 1979, 125 с.

26. Сердаков A.C. Автоматический контроль и техническая диагностика. Киев: Техника, 1971, - 244 с.

27. Согомонян E.G. Контроль работоспособности и поиск неисправностей в функционально связанных системах. Автоматика и телемеханика, 1964, В 6, с.980-990.

28. Соловьев А. Д. Резервирование с быстрым восстановлением. Известия АН СССР, Техническая кибернетика, 1970, № I.

29. Теория и практика эксплуатации радиоэлектронных систем (Латинский С.М., Ксендз С.П., Шарапов В.И., Афанасьев С.С.) M.S Советское радио, 1969, - 432 с.

30. Ca&sp&cd&ín H.j StapJ-J- ß.y Wansez Gr. y Вbeite-i^êacA O. J)ßstvzЛ¿encU HосА-- Bei tuen gen. in. Fe гпзексьп Zagen*гаг Bakn.ste¿tyéeoéa&ktcLn% oíe¿vefakekzs éeù сЬгл. S- Вськп München. "Ебгк. Bahnesi"} W6, 47j di, рр 262-265, 249.

31. CommurbùccCtôons systzm Jvb Тупя 8t Weal Métzo. "NooLe/isi Ra¿(!woLLfs" ¿978, 35> 354, p 130.

32. Cotton. Й.Я. Honcj tfong >s Mass Transitto го вв. Rcuß^rtzetfe №9, рр Ï/4-2/Ï.4í. Сгама. Т Buckazest completes ¿fczst ¿ene. "Railway Оаъ. Jnt.42. ¿0ann.eh£. ¿&¿e U-Bahne,n ¿nfa/oew. "Я ET- EisenSabnteckn", Í976>> 24> 2, p 94-.

33. Ескеъкалс1 F. neue Metzo ¿n Маг sel Me, "StcLcLtvezkelaAl, Í972, 23, 2, PP 62-62.

34. M. Fe^cng ßy ~UcSe to HeatlbZow CesitzaC.

35. U9. Groncaêves. M. <@ie Fetnspve.cJT-<xri£a.¿$¿ri~ оЫл^ U~ba,¡%n Sao Росибо. UTeeefon.-ReptnJ Î977, 13, 1, pp 31-3Ï. 510. H ahnet M1 Th¿> ync st aoCva-ncjzoi metió ¿n. tlvL wozXûL. Sel'!Í9F2,94,v*I30g,1. PP Ш-645.

36. Si- Huffman. Jö.ß, M method j-oftkcL construction, oj- yy?tn¿mu,tn ^otusioUoncy cooUs .

37. Ptcc. I RE I mz, 40, pp 100?- Hol.

38. Unt&u^tccndëdhn. in. Вал.с£&эпа . Stacítv&vke ht. 1976, 21,3, pp I00-I06.

39. Иигрре^ J),F.> Сгешл&в Ma,nciçe^J MARTA,tß&nta jjDÔns the. Metzo cJutf. "Rculu/cty Craiette \/135} b, pp 519-521.

40. S<Ubwa/its E.S. Mn optimum e*L£OpUnq.S With MÍruMum. écnçeftcodjs. cend. tota в

41. OÍ 0c#ùte. ' Jnfobm* emûi tSontt'J, 1964, Ms 7, pp 37-44.

42. RcU¿IA/ÜU¿ (T. " 1(779j nocu^j pp 5o -57.

43. Vienna Mebu? opened. "Modern. Rcu¿-wcu/s '¡ 1978j 35, 356, p 2o2.

44. Ven Каъг£ b. Rcu/en. Lonc¿ Мсиг^ъгЫ. Stack. 3)takt£ose ~¿u0eb,n$ekcz>n£cLtye de*. Metto$M£t&idcun, * Siemens En£Au^¿eteehn¿/< 'j №9, f; PP 170-175.

45. W<z£¿únjcznfL M.R. Le mét'LO oU Li^on;

46. Ми.££оъу M. C¿z.cu£a£con. de. ttcoLn,sd *e.xp¿oLtoLt¿on. "Técnica. "(fz.Jj 1975, 325, 4-6, pp 33-35. b2. Winter В. В. Optoma в ¿Pcagnartóc. PeocecLcAjz¿

47. E Tzans.} И RQC-9, PP 13-12, i960. 63. VaétcLhJzn. U. He£s¿nk¿ Raped 7b^ns¿t)S Ma>naq.ch% $Сгес£съ. Helsinki met "to s-ab 1992 opeku'nfy. 4RcU¿w<zy Gazette. Cf^d;'/11979, 135, 6, pp 5~1b-5~1&.1. ПРИЛ01ЕНИЕ I

48. МЕТОДИКА определения ресурсов на обслуживание системы ДУ-ТСМ

49. Определить исходные данные для расчета:

50. Суммарное количество ПТУ, используемых на всех станциях N ;

51. Интенсивность отказов ПТУ Л ;

52. Интенсивность ремонтов уи ;4. Интенсивность замен уЗ .

53. Задать предельные значения коэффициентов загрузки лиц, отвечающих за ремонт и замену ПТУ, т.е. задать отрезки^гтСп.' •

54. Значения величин К#тах и зависят от того, будетли обслуживающий персонал занят какими-либо другими работами. Если персонал не выполняет других работ, то следует принять1. Ятах ~ ^ЪтсиГ >

55. Задать минимальное значение коэффициента загрузки оборудова1. Кпт(п.-/433. Определить значения Rp , tn , Пп по формулам ( 3. 10 ).

56. Вычислить значения » ^гя » ^3/7 » по формулам ( 3. ¿1 ).

57. Вычислить получающиеся коэффициенты загрузки персонала и использования оборудования по формулам:is тзп иг I/ л/1. Если

58. Г Лдя^ Kamin. ) ^Rrnaxl 5 min j Ktmax J > Knn* Kn min 9то расчет закончен. Ресурсы, необходимые для обслуживания системы, определены.

59. Если оказалось, что KRn У ^так9 то численность ремонтного персонала следует принять равной Rln +А R , где Л R -минимальное целое число, при котором Krтах •

60. Аналогично следует поступить и когда > К^тах .

61. Кятт у Kr так. ч КгпвКг min jKimax] 51. Knn Knmin.