автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Теория и методы управления технической эксплуатацией систем интервального регулирования движения поездов

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ ИРКУТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

. ^_(ИрИИТ)_

На правах рукописи

- ' .7

ШАМАНОВ ВИКТОР ИННОКЕНТЬЕВИЧ

УДК 656.25-52.84

ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

05.22.08 - Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доетора технических наук

Иркутск 1998

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ ИРКУТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

(ИрИИТ)

На правах рукописи

ШАМАНОВ ВИКТОР ИННОКЕНТЬЕВИЧ

УДК 656.25-52.84

ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОМ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

05.22.08 - Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Иркутск 1998

Работа выполнена в Иркутском институте инженеров железнодс ровного транспорта (МрИИТе).

Научный консультант - заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор В.М. Лисенков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Вл.В. Сапожников; доктор технических наук, профессор P.A. Косилов; доктор технических наук, профессор В.Н. Иванченко.

Ведущее предприятие - Департамент сигнализации, связи и

вычислительной техники МПС РФ.

Защита состоится 1998 года в А час. мин.

заседании специализированного совета Д 114.05.04 при Московок государственном университете путей сообщения (МИИТе) по адрес 103055, г. Москва, ул. Образцова, д. 15, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет Автореферат разослан /3 &

199а г.

Ученый секретарь специализированного сове та, член-корреспондент Академии транспорта Российской Федерации, доктор технических наук,

профессор Ус^у в.И. Шелухш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях реально формирующегося инка в стране основными требованиями пользователей к качеству 'ранспортной продукции стали сроки доставки и сохранность грузов, сокращение затрат на перевозки. Главной задачей совершенствования правления перевозочным процессом на этом этапе признан переход к риентированному на удовлетворение требований пользователей ка-еству транспортного обслуживания при достижении наиболее эконо-ичных результатов всех составляющих технологического процесса, ля решения этой задачи требуется глубокое реформирование желез-эдорожного транспорта как экономической системы.

В связи с падением объемов перевозок и доходов железных до-эг и с учетом того, что более 25% в эксплуатационных расходах жходится на заработную плату, на ближайшие 10 лет поставлена дача сокращения на треть численности персонала. Для уменьшения ссплуатационных издержек признано также необходимым минимизиро-¡ние расходов, повышение качества планирования и прогнозирова-гя.

Системы интервального регулирования движения поездов (СИРДП) рают важную роль в перевозочном процессе, обеспечивая ритмич-сть и безопасность движения поездов и влияя тем самым непос-дственно на сроки доставки грузов и пассажиров, на сохранность узов, безопасность пассажиров и работников, связанных с движе-ем поездов. При этом к системам интервального регулирования ижения поездов (ИРДП), кроме систем автоблокировки (АБ), авто-гаческой локомотивной сигнализации (АЛС) и автостопа (АС), кно отнести также системы электрической централизации (ЭЦ), ха-стеристики и качество функционирования которых влияют как на

формирование фактического межпоездного интервала на перегонах так и на качество ИРДП на участках железных дорог.

В затратах на эксплуатацию СИРДП на заработную плату с на числевдями приходится до 50% и более, поэтому задача повышена производительности труда при их эксплуатации особенно актуальна Однако ответственность функций, выполняемых данными системам!: требует обоснованных подходов к проблеме сокращения объемов прс филактических и ремонтных работ в них.

Нормативные сроки службы СИРДП составляют 20 и более лет, ограничение инвестиционных возможностей железных дорог в связи падением доходов приводит к росту парка изношенных систем. В св* зи с этим увеличиваются объемы работ по модернизации эксплуатирч емых систем и частичным заменам устройств в них для компенсащ морального и физического старения, что ставит задачу поиска рац! ональных наборов и объемов таких работ, а также обостряется про* лема определения рациональной долговечности систем, то есть опр< деления рациональных сроков службы систем до списания или pi конструкции. Неравномерное снижение объемов перевозок по рази участкам железных дорог требует разработки дифференцированно: подхода к проблеме технического обслуживания, модернизации и з мены эксплуатируемых СИРДП.

Потребительские свойства систем ИРДП проявляются как п использовании их по назначению в перевозочном процессе, так и п выполнении работ, обеспечивающих требуемое качество функционир вания систем в конкретных эксплуатационных условиях. Больш вклад в совершенствование технологии управления движением поезд при использовании систем ИРДП, в том числе с учетом их реальн надежности, внесли отечественные ученые С.А. Абрамов, A.M. Бар нов, В.А. Дмитриев, Ю.В. Дьяков, В.Е. Козлов, Ф.П. Кочнев, А

жарочкин, В.А. Персианов, Л.П. Тулупов и многие другие.

Исследованию вопросов надежности и эксплуатации технических истем и средств управления, в том числе с учетом влияния человв-а, посвящены работы Е.Ю. Еарзиловича, В.В. Болотина, А.И. Губин-кого, Г.В. Дружинина, В.К. Дедкова, В.Н. Каштанова, Р.Н. Колега-ва, H.A. Шишонка, Р. Барлоу, В. Кокса, Ф. Прошана и других.

Значительный вклад в развитие теории и внедрение систем и редств автоматики и телемеханики в процесс ИРДЛ и автоведения несли известные ученые Л.А. Баранов, И.В. Беляков, A.M. Брылеев :.Н. Василенко, Е.В. Ерофеев, В.Н. Иванченко, P.A. Косилов, Ю.А. :равцов, И.М. Кокурин, В.М. Лисенков, Б.Д. Никифоров, A.C. Пере-оров, Н.Ф. Котляренко, Н.Ф. Пенкин, В.В. Сапожников, Вл.В. Са-окников, Ю.В. Соболев, Д.В. Шалягин, В.И. Шелухин, О.И. Шелухин, .П. Шишляков, A.A. Явна и многие другие.

Совершенствование методов технического обслуживания (ТО) и овышение надежности СИРДП является предметом научных исследо-аний В.М. Абрамова, А.И. Врейдо, К.А. Бочкова, И.Е. Дмитренко, .М. Костроминова, А.Е. Федотова, Р.Ш. Ягудина, 0. Вебера, Л. Веера, Г. Торнаи, М. Фишера, Ю, Хюбнера и других.

Экономические вопросы использования технических средств для РДП нашли отражение в трудах А.П. Абрамова, И.В. Белова, A.B. ыкадорова, В.М. Сороко, А.Д. Шишкова и других.

Таким образом, актуальность работы определена потребностями азвития теории и методов повышения эффективности процессов тех-ической эксплуатации систем интервального регулирования движения оездов в конкретных условиях за все время от пуска их в работу о реконструкции или замены с учетом изменения этих условий и за-асов работоспособности систем за достаточно длительный отрезок ремени их использования по назначению.

Цель и задачи диссертации заключаются в создании науч. обоснованных технических и технологических решений по пробле! совершенствования эксплуатации систем ИРДП и их комплексов гг различной интенсивности движения поездов на конкретных участках полигонах железных дорог и на основе этого - в разработке и вне, рении методов технической эксплуатации систем ИРДП и решени обесточивающих снижение эксплуатационных расходов при выполнен требований к качеству функционирования систем.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи

1. Экспериментальные и теоретические исследования процесс* старения эксплуатируемых устройств и систем ИРДП.

2. Разработка статистических моделей влияния объективных субъективных факторов на надежность СИРДП, а также моделей изм< нения во времени затрат на компенсацию физического и морально] старения систем.

3. Синтез моделей надежности эксплуатируемых СИРДП и модеж влияния показателей безотказности и ремонтопригодности на поез; ную работу и эксплуатационные расходы.

4. Разработка моделей расхода параметрической избыточности ресурса, а также процесса компенсации физического и морально1 износа эксплуатируемых СИРДП и на их базе - методов оптимизации квазиоптимизации работ по техническому обслуживанию, модернизац! и реконструкции систем, обеспечивающих сокращение эксплуатация ных издержек.

5. Разработка методов контроля и измерения параметров у си ройств ИРДП и синтез на их основе технических средств, обеспечь вающих оперативное получение более достоверной информации о тез ническом состоянии устройств.

6. Разработка методов количественного определения цены зг

зтных отказов СИРДП.

Выполнение перечисленных задач имеет важное народно-эзяйственное значение для отрасли, поскольку позволяет сократить асходы на эксплуатацию СИРДП при обеспечении существующих требо-эний к качеству их функционирования.

Метода исследований. Выполненные исследования базируются на ппарате теории эксплуатации сложных систем, теории вероятностей математической статистики, теории множеств и нечетких множеств, эории марковских цепей и управляемых марковских процессов; на этематическом аппарате исследования операций.

Достоверность научных положений обусловлена корректностью зходных математических положений, обоснованностью принятых допу-эний и представительностью статистических данных; подтверждена эзультатами расчетов и моделирования на ЭВМ, экспериментальной эоверкой материалов исследований, результатами внедрения инке-зрных методик расчетов и опытной эксплуатацией средств измерения контроля, а также результатами обсуждения материалов работы на энференциях и совещаниях.

Научная новизна состоит в разработке теории и новых методов эганизации и планирования работ по технической эксплуатации сис-эм ИРДП, учитывающих их технико-экономическую эффективность в эзличающихся условиях использования системы по назначению. Наи-злее важные положения, выносимые автором в разработку проблемы, юдует сформулировать следующим образом:

- исследованы свойства СИРДП как сложных антропо-технических гстем на этапе использования их по назначению;

- предложены модели для количественного анализа влияния без-жазности и ремонтопригодности систем ИРДП на качество регули->вания и издержки при эксплуатации систем;

-разработаны марковские модели поведения во времени СИРДП 1 отрезке времени от их пуска в эксплуатацию до списания и марко] ские модели их надежности как стареющих систем;

- предложены методы определения квазиоптимальной и оптимал] ной периодичности профилактических работ по критериям Сезотка; ности и технико-экономическим критериям;

- разработаны методы оценки эффективности работ по модерш зации устройств ИРДП и методы оптимизации при планировании кош лексов этих работ на участке железной дороги на основе найденш обобщенных теоретико-множественных, стохастических и нечетких мс делей процессов;

- разработаны методы определения рациональных сроков и вар* антов реконструкции и замен СИРДП на базе предложенных стохаста ческих моделей процессов старения и эволюции ресурса устройств систем ИРДП;

- разработаны метода определения границ допустимой обласа изменения параметров элементов воздушных и рельсовых линий пере дачи информации и методы прогнозирования интенсивности отказе устройств;

- разработаны методы контроля и измерения параметров элемен тов рельсовых цепей и предложены на их основе методы технически реализации ряда многофункциональных датчиков и измерителей.

Практическая ценность диссертации заключается в разработк теоретических основ и путей практической реализации методов уп равления процессами технического обслуживания, модернизации реконструкции СИРДП в условиях изменения объемов перевозок дл выполнения требований сокращения расходов на эксплуатацию эти систем при сохранении необходимого качества их функционирования.

Разработанные методы и рекомендации по управлению техничес

:ой эксплуатацией СИРДП стали основой для инженерных методик рас-[ета эффективности мер по повышению надежности этих систем и вы-5ору рациональных сроков их реконструкции, а также являются науч-гой базой для создания нормативных документов, регламентирующих стратегии и периодичность технического обслуживания и ремонтов, гериодичность замен элементов и сроки службы для эксплуатируемых I вновь разрабатываемых систем с учетом интенсивности потока по-*здов на участке железной дороги.

Исследования, выполненные в диссертации, послужили основой уш разработки технических решений, реализующих современные эффективные метода контроля и измерения параметров наименее надежных устройств в СИРДП, что позволяет организовать эксплуатацию 5тих устройств со значительно лучшими технико-экономическими по-¿азателями.

Реализация результатов работы. Теоретические исследования и фактические разработки выполнены в рамках научно-исследовательс-шх и опытно-конструкторских работ по приказу Министерства путей сообщения: "Исследование по совершенствованию и созданию новых типов рельсовых цепей" (1981-1982 г.г.); "Методика расчета эффективности технических мероприятий по повышению надежности действующа устройств СЦБ" (1988-1989 г.г.); "Ресурсосберегающие технические средства и технологии в хозяйстве СЦБ" (1998 г.); "Микропроцессорная система автоблокировки с децентрализованным разме-цением аппаратуры и рельсовыми цепями без изолирующих стыков 4Б-Е2". Последняя тема включена в "Программу разработки и внедрения средств СЦБ, связи и вычислительной техники на железных дорогах России на период 1999-2000 г.г.", выполняемую в соответствии с Указанием Министерства путей сообщения Л 152-у от 01.07.93 и Постановлением Коллегии МПС #25 от 07.09.94 г. Перечисленные ра-

боты проводились при участии, а первые две - под руководством а: тора.

Методика расчета эффективности технических мероприятий : повышению надежности действующих устройств СЦБ, утвержденная : МПС 12.12.89 г., внедрена практически на всех железных дорог страны, при этом только по Алма-Атинской, Восточно-Сибирской, 3 падно-Казахстанской и Целинной железным дорогам полученный счет более рационального планирования работ по модернизации ус ройств экономический эффект составил более 80 тыс. рублей в цен 1984 года.

Методика расчета рациональных сроков реконструкции устройс железнодорожной автоматики и телемеханики при использовании рабочем проектировании институтом Алмаатагипротранс обеспечи получение экономического эффекта 159 тысяч рублей в ценах , I апреля 1991 г. Использование предложенных рекомендаций при р конструкции СИРДП на участке Зима-Слюдянка в связи с перевод его с электротяги постоянного тока на электротягу переменно: тока позволило сэкономить около 9 миллиардов рублей в ценах : I сентября 1995 г.

Внедрение мер по повышению эффективности технического обсл; живания и ремонта СИРДП обеспечило получение экономического э< фекта, подтвержденного заказчиком, в ценах 1984 г. в сумме бол 290 тысяч рублей, а использование ряда разработок обеспечило та] же повышение безопасности движения поездов.

Испытания в эксплуатационных условиях разработанных датчик« и измерителей сопротивления токопроводяпщх и изолирующих элеме] тов рельсовой линии, а также опытная эксплуатация многофункци< нальных датчиков для кодовой автоблокировки и эксплуатация и пульсных рельсовых цепей постоянного тока для участков с низю

»противлением балласта показали их превосходство по сравнению с аналогами по основным эксплуатационно-техническим параметрам. Знедрение научных результатов диссертации подтверждено соответст-¡ущими актами.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс цзи подготовке студентов по специальности "Автоматика, телемеха-шка и связь на железнодорожном транспорте". Материалы диссерта-сии использованы при написании учебных пособий "Надежность и эффективность устройств железнодорожной автоматики и телемеханики" [ "Основы теории автоматического управления и элементы систем ¡елезнодорожной автоматики", рекомендованных учебно-методическим >бъединением для вузов железнодорожного транспорта и используемых I вузах при чтении лекций по дисциплинам "Основы надежности уст-юйств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи" и "Тео-©тические основы железнодорожной автоматики и телемеханики".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы укладывались и обсуждались на: Научно-технической конференции и ыездном заседании секции локомотивного хозяйства центрального равления НТО железнодорожного транспорта "Проблемы повышения ффективности использования тепловозов на железных дорогах Ка-ахстана" (Алма-Ата, 1979 г.); XVII Общесетевой научной конферен-ии по экономической эффективности повышения надежности техничес-их средств и качества работы железнодорожного транспорта (Моск-а, 1980 г.); XXXIII Научно-технической конференции кафедр абМИЖТа с участием представителей железных дорог и предприятий ранспортного строительства Дальнего Востока (Хабаровск, 1983 .); XXXI Научно-технической конференции кафедр ОмИИТа (Омск, Э84 г.); Научно-технической конференции "Предупреждение наездов эдвижного состава на работников железнодорожного транспорта"

(Новосибирск, 1985 г.); Всесоюзный научно-практической конферек ции с участием специалистов социалистических стран "Проблемы пс вышения надежности и безопасности технических средств железнодс рожного транспорта" (Москва, 1988 г.); Всесоюзной научно-тег нической конференции "Микропроцессорные системы и устройст! управления ответственными технологическими процессами на транс порте" (Москва, 1989 г.); Научно-технической конференции "Транс сиб и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте (Новосибирск, 1991 г.); 3-й Всесоюзной научно-технической конфс ренции "Автоматизированные системы испытаний объектов железнодс рожного транспорта" (Омск, 1991 г.); XX Научно-технической конф( ренции сотрудников ИрИИТа и специалистов эксплуатации и стро! тельства железных дорог Сибири (Иркутск, 1995 г.); Сетевой шко. "Совершенствование технологии обслуживания устройств СЦБ, связи радио на основе комплексного внедрения средств вычислитель» техники" (Иркутск, 1996 г.); Второй международной научн< технической конференции "Актуальные проблемы развития железнода рожного транспорта" (Москва, 1996 г.); Ежегодных научно-те: нических конференциях Алма-Атинского института инженеров желе; нодорожного транспорта и специалистов железных дорог Казахста; (Алма-Ата, 1978-1992 г.г.); на заседаниях кафедры "Автоматик, телемеханика и связь" АлМИТа (1993 г.) и ИрИИТа (1995 г.), "Авт матика и телемеханика на железнодорожном транспорте" МГУПС (199 1997 г.г.); научно-технических совещаниях в Министерстве пут сообщения.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание раб ты, изложены в 69 печатных работах, в том числе в 3 книгах, теме диссертации получено 14 авторских свидетельств на изобрет ния. Часть результатов отражена в 20 отчетах по научно-исследов

тельским работам, выполненным при участии и под руководством автора.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложения. Она содержит 290 страниц основного текста, 73 иллюстрации (на 48 листах) и 6 таблиц. Список литературы включает 302 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы разработки теории и методов управления технической эксплуатацией систем ИРДП для снижения эксплуатационных расходов при увеличении различий в интенсивности движения поездов и в условиях эксплуатации систем на разных участках сети железных дорог, сформулирована цель диссертации, перечислены задачи и определены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе, названной "Комплекс систем интервального регулирования движения поездов как сложная антропо-техническая система", проанализированы комплексы СИРДП на определенном участке железной дороги как сложные человеко-машинные системы, включающие в себя операторов, управляющих движением поездов; технические средства управления и контроля, а также персонал и сервисные технические средства, обеспечивающие требуемое качество функционирования технических средств управления и контроля.

Глобальной целью СИРДП является обеспечение требуемой пропускной способности железнодорожного участка при выполнении заданных требований по безопасности движения поездов и при максимальной экономичности. При этом безопасность движения имеется ввиду только в той части, в какой она зависит от СИРДП. Общий ре-

зультат функционирования комплекса СИРДП представляет собой определенную долю в суммарной стоимости транспортной продукции, вычленение которой из общего стоимостного результата при современно« развитии экономической науки практически малодостижимо.

Эффективность эксплуатируемой системы ИРДП - это степень достижения целей создания системы по управлению движением поездов, соотнесенная с затратами ресурсов на техническую эксплуатацию системы, т.е. на техническое обслуживание (ТО), ремонты, модернизацию, замены физически или морально изношенных устройств, е также на дополнительные расхода от отказов, в том числе и потеря в поездной работе. Затраты эти обычно исчисляются в стоимостной метрике, однако в ряде случаев удобными оказываются и натуральные показатели, например, трудозатраты.

Частота ошибок человека значительно превышает интенсивность отказов СИРДП. Анализ статистики отказов на ряде железных дорог с применением специальных мер по повышению ее достоверности, е также данных 1Щ1 МПС показал, что до 70-75% отказов в СИРДП являются следствиями ошибочных действий людей, причем до 58-59% таких отказов генерируется при выполнении работ по ТО устройств, 4-5% - от ремонтных работ в контрольно-измерительных пунктах (КИП) и ремонтно-технологических участках (РТУ) и по 7-12% - от работ по капитальным ремонтам и модернизации.

Количественный анализ влияния помех на движение поездов от защитных отказов устройств однопутной и двухпутной автоблокировки (АБ), с учетом несинхронности и неравномерности движения, при ложном горении красным огнем светофоров, ограждающих один блок-участок, показал, что величина потерь поездо-часов и количестве дополнительных остановок грузовых поездов зависят от времени восстановления линейно при использовании до половины пропускной спо-

собности перегона. Увеличение интенсивности движения поездов сверх этого приводит к быстрому нарастанию потерь из-за уплотнения потока поездов и потерь, связанных с дополнительными обгонами грузовых поездов пассажирскими. Потери в движении пассажирских поездов зависят от относительного их количества в поездопотоке.

При защитных отказах устройств электрической централизации (ЭЦ) и небольшом превышении времени восстановления над продолжительностью периода от момента обнаружения отказа до момента уста-аовки первого поездного маршрута в обход участка с отказавшими устройствами ЭЦ или по нему с выполнением требований соответству-одих инструкций основная доля потерь в поездной работе вызывается терерывом движения в этот период. Дополнительные затраты на устранение отказов устройств ИРДП становятся сравнимыми с дополнительными потерями в поездной работе при степени использования тропускной способности однопутных перегонов ниже 10-15%, двухпут-шх перегонов и горловин станций - ниже 35-40%.

Системы ИРДП относятся к долгоживущим сложным техническим жстемам, в процессе использования которых по назначению в полной tepe проявляются деградационные процессы (износ, разрегулирова-ше, старение, расстройка), вызывающие необратимое накопление ювреждений, что требует проведения ремонтных работ и замен, а юральное старение систем вызывает необходимость проведения работ :о их модернизации. Все эти работы не обеспечивают полное обнов-:ение системы, что приводит в конечном итоге к необходимости ее «конструкции или списания.

Отказы в СИРДП приводят не к полной потере работоспособности истемы, а лишь к снижению получаемого выходного эффекта. Для ормализованного описания такой технической системы удобны

многоуровневые модели работоспособности, определяемые тройкой (Б, Ю, где Б = и Б., Б Л Б = 0, 1 * г - множество

Iх ± г

состояний модели системы, представленное объединением непересекающихся подмножеств, соответствующих выделенным уровням работоспособности; аШ « Б - случайный процесс переходов в пространстве состояний, порождаемый процессами отказов, восстановлений, контрольно-диагностических процедур. ТО, модернизаций и замен; И - функционал, оценивающий качество функционирования системы нг конкретной траектории случайного процесса йШ.

В СИРДП в качестве эффекта И выбраны эксплуатационные расходы с включением в них ущерба в поездной работе от отказов систем. Матрица ||Н|| называется традиционно матрицей доходов, т.е. "доходы" в рассматриваемой задаче имеют отрицательную величину.

Случайный процесс яШ поведения СИРДП от пуска ее в эксплуатацию до списания с учетом деградационных процессов, вызывающи: "старение" устройств и систем, обладает свойством марковости 1 может быть описан матрицей интенсивностей переходов ||Л|| между вы деленными состояниями. Марковскую многоуровневую модель СБ, г(%) Ю можно записать в виде СЛ,Ю, называемую марковским процессом доходами. Тогда суммарные эксплуатационные затраты в СИРДП за за данное время Т можно представить в виде:

Е(Т) = I «с.и... + 2 п.Ж,, 1=1 1 1Х 1,3 13 13

где т± - время пребывания системы на интервале времени (0,Т) состоянии з1;

п1;} - число переходов системы на интервале (0,Т) из состояли в± в состояние в^; ~ эксплуатационные расхода в единицу времени при пребывг нии системы в состоянии з1;

- эксплуатационные расходы при переходе системы из состояния з1 в состояние з^.

Использование аппарата марковских процессов обеспечивает возможность формализации процессов ТО, ремонтов, модернизации и замен на стадии использования СИРДП по назначению от пуска в эксплуатацию до списания.

Управление технической эксплуатацией систем представлено как давление процессами ТО и текущих ремонтов, процессами модернизации устройств и капитальных ремонтов с целью минимизации эксплуатационных расходов. Величина этих расходов зависит от выбран-зых сроков реконструкции и замены систем. Следовательно, для ре-пения задачи снижения расходов на эксплуатацию СИРДП необходима разработка методов оптимизации по технико-экономическим критериям ях ТО, ремонтов и работ по модернизации, методов определения рациональных сроков службы систем, методов и средств контроля их состояния.

Вторая глава диссертации названа "Методы снижения затрат на техническое обслуживание систем ИРДП". Она посвящена анализу безотказности и ремонтопригодности СИРДП и разработке методов оптимизации периодичности ТО, а также методов поиска оптимальных ре-иений при выборе стратегий ТО, предписывающих вид, объем и расписание работ по ТО.

Необходимое качество управления процессами ТО требует досто-зерной информации о техническом состоянии устройств. Эта информа-дая в СИРДП формируется и фиксируется в основном обслуживающим герсоналом. Оценка качества его работы по количеству зафиксированных отказов и сложность задачи выявления причин откэзое замет-10 снижают достоверность рассматриваемых данных.

Анализ статистики отказов СИРДП показал, что параметр потока

отказов со ЭЦ зависит от количества централизованных стрелок а станции N.. и уравнение регрессии имеет вид гиперболы:

со = Ю'е су /(аш + в^), где коэффициенты вщ и сш в свою очередь являются функциям] интенсивности движения поездов. Причины отказов выявляются правильно и досконально в 20-40% случаев. Следовательно, проблем; эффективного управления процессами ТО требует существенного повышения качества информации о техническом состоянии устройств.

Существующий уровень развития теории систем ИРДП позволяв1 ставить оптимизационные задачи ТО только по защитным отказам поэтому в диссертационной работе из обобщенной модели состояний эксплуатируемой системы получены частные модели, по которым составлены дифференциальные уравнения и, при оперировании интенсив-ностями предотказов, отказов, восстановлений и ремонтов, получен аналитические зависимости предельных вероятностей выделенных состояний от этих интенсивностей.

Процесс изменения во времени состояний стареющей систем] предложено описывать стохастической матрицей вероятностей перехода из одного состояния в другое. При сведении такого процесса ] эргодическому стационарному предельные вероятности состояний на ходятся возведением матрицы переходов в достаточно большую степень. Для изучения поведения нестационарной модели вероятност; состояний после требуемого числа переходов находятся перемножени ем матриц переходных вероятностей, использованием метода субординации или метода преобразования времени - сгущения.

Обеспечение надежности действующих СИРДП требует определен ных эксплуатационных затрат, а отказы систем вызывают появление ущерба в поездной работе и дополнительных эксплуатационных издер жек. Поэтому целевую функцию (функционал) I можно представит]

как математическое ожидание удельных эксплуатационных расходов на систему, находящуюся в состоянии SK, k=I,n, при длительной эксплуатации системы на отрезках времени £t1»'t1+t] между переходами системы из одного состояния в другое: I m-i

IK(t) = lim -М I a Cl(t1+1 - V + Cm(t - tm)],

где c± - эксплуатационные расходы на отрезке [t^t^J; cm - эксплуатационные расходы на отрезке ftm,t].

Прямой задачей управления процессом ТО является поиск интервала времени г меаду определенными работами по ТО из области допустимых значений xeG(y), обеспечиващего минимум эксплуатационных расходов на систему. Задача эта решается при неполной априорной информации о характеристиках безотказности и ремонтопригодности Р(х), поэтому она подобна задаче оптимального управления случайным процессом, где множество возможных управлений (решений) - моменты времени TeG(y) и содержание работ по ТО.

Двойственная (обратная) задача заключается в нахождении максимального значения промежутка времени feG(y) между последовательными работами по ТО, когда при любых (в том числе и наихуд-иих) значениях функции F(x) экстремум целевой функции будет не Золыпе требуемого уровня I*.

Теоретико-вероятностный подход описывает неопределенность ?(х) с ориентацией на типичные или статистически средние оценки, хоэтому он подходит для решения задач оптимизации ТО по защитным >тказам. Теоретико-игровая постановка задачи удобна при рассмот-эении опасных отказов, так как для получения гарантированного ре-¡ультата при этом рассчитывают на наихудший вариант проявления фактора Р(х) как неопределенности природы, где природа принимает-;я за игрока с непротивоположными интересами по отношению к дру-

тому игроку - органу, принимающему решение по оптимизации системы ТО.

Периодичность ТО в СИРДП установлена на основе экспертных оценок с избыточностью, что вызывает излишний расход ресурсов на ТО и приводит к появлению дополнительных послепрофилактических отказов, составляющих часто более половины от общего количества отказов. Периодичность ТО в настоящее время увеличена для части работ на железнодорожных линиях только второй, третьей и четвертой категорий. В то же время опытное по разрешению Щ1 МПС в середине 80-х годов увеличение в 2 раза периодичности работ, влияющих на интенсивность защитных отказов, на железнодорожной линии в Алма-Атинском регионе с интенсивностью движения поездов, соответствующей линиям I категории, не вызвало увеличения интенсивности постепенных отказов при снижении интенсивности послепрофилактических отказов.

Избыточность профилактики СИРДП и большая интенсивность послепрофилактических отказов обусловливают эффективность оптимизации периодичности профилактик по критериям безотказности или поиск оптимального коэффициента готовности по технико-экономическим критериям. При обеспечении несмещенности, состоятельности и эффективности стохастических оценок безотказности и ремонтопригодности устройств прямую задачу оптимизации можно свести к детерминированной и решать ее методом дихотомии, золотого сечения или смешанной стратегией. Двойственную задачу оптимизации рационально решать при этом по минимуму приведенных затрат, эксплуатационных расходов или затрат труда.

Разработанные марковские модели надежности СИРДП имеют единственный порождаемый эргодический класс и конечное множество состояний системы. В процессе ТО после определения по результатам

контроля состояния системы 1=1,Р принимается решение

(стратегия управления) d±k об изменении состояния системы. Принятие этой стратегии повлечет величину удельных эксплуатационных затрат clk, k = î,v±, где v^ - число возможных стратегий для s .¡-го состояния системы. Тогда ^(Ю - интенсивность перехода системы из состояния s1 в состояние s^ при условии, что в состоянии s± была выбрана стратегия dlk.

В состоянии статистического равновесия управляемого процесса ТО оперируют предельными вероятностями xik пребывания системы в состоянии 8t, если при ТО использовалась стратегия dlk, и стационарными интенсивностями переходов

—

Чэ = ks Dik' е I'F-

где Dlk - вероятность выбора стратегии dlk при условии, что в момент очередной проверки система находилась в состоянии

V

Задачу оптимизации теперь можно сформулировать следующим образом. При заданных cik и \-j(k) так выбрать управляемые переменные х1к (а в конечном итоге так выбрать к^к)), чтобы минимизировать линейную форму р v± МГС] = 2 2 clkxik

при ограничениях

? vi _ г v±

S S A,,(k)x,t = 0, J = I,P, 2 S x.. - I = 0

1=4 k=l ■LJ i=l 1K

и граничных условиях

х1к > 0; 1,3 = 1.Р; к -

При любом реальном числе стратегий поиск оптимального решения может осуществляться методом простого перебора с применением

ЭВМ для решения систем уравнений.

Достоинством использования марковских стратегий управления и линейного программирования для оптимизации ТО систем ИРДП является возможность введением соответствующих дополнительных условий учитывать такие специфические свойства, как недостоверность контроля, неполное восстановление при выполнении профилактических работ или допустимый уровень вероятности опасных отказов.

Марковские управляемые процессы из математического аппарата динамического программирования при их использовании для оптимизации ТО СИРДП позволяют осуществлять направленный перебор решений не только для условий статистического равновесия при следующем представлении процесса ТО.

Если система находится в состоянии и принимается решение к = 1,г1> то система получает доход г^, и ее состояние в следующий момент времени определяется вероятностным законом где р^ - вероятность попадания системы в состояние 3 из состояния 1 при выборе стратегии к. Предполагается, что доход г^ ограничен при всех и к = а также 2 р^=1, р^&О при к =

При оперативном планировании на период меньше 12 месяцев, когда приведение затрат к моменту начала выполнения плановых работ не требуется, оптимальное поведение системы, обеспечивающее минимум затрат с±(п) на поддержание требуемого качества ее функционирования за п последующих переходов, если система отправляется из состояния 1, находится использованием рекуррентного соотношения

N

с1(п) = ш1п[г£ + 2 р^с^п-п], к

но обеспечивает выбор стратегии в каждом состоянии на каждом 1аге и дает величину прогнозируемых на кавдом шаге расходов на ;одержание системы.

Рекуррентный метод требует относительно громоздких вычисле-шй, однако алгоритм определения оптимальных решений легко прог-заммируется для использования ЭВМ.

При планировании на длительный период времени оптимальная ¡тратегия <31к, минимизирующая удельные эксплуатационные затраты [а ТО, находится итерационным методом с использованием интенсив-гостей переходов и следующего соотношения:

Улучшение решения на каждой итерации выполняется с использо-¡анием полученных е предыдущем решении весов пока новое век-■ор-решение не совпадет с предыдущим.

Итерационный метод применим и при использовании вероятностей юреходов р1;). Метод этот легко программируется, позволяет су-(ественно сократить число вычислений и затраты машинного времени га отыскание оптимальных решений.

Найденные локальные оптимумы используются для поиска глобального оптимума при распределении работ по ТО в месячном плане • графике. Оптимизация затрат на ТО обеспечивает уменьшение дельных эксплуатационных расходов на 8-20%.

Методы рационального планирования работ по модернизации эксплуатируемых СИРДП рассмотрены в третьей главе диссертации.

Работы по модернизации СИРДП обеспечивают сохранение или гашение качества их функционирования на длительном отрезке време-и эксплуатации в 20 и более лет за счет компенсации действия роцессов физического и морального старения систем. Старение пар-

ка СИРДП в связи с ухудшением инвестиционных возможностей желез ных дорог приводит к росту затрат на их модернизацию и повышав актуальность разработки методов повышения эффективности данны работ.

Эффективность работ по модернизации СИРДП - это дополнитель ная отдача (прибыль) в перевозочном процессе и процессе техничес кой эксплуатации системы, полученная за счет ее модернизации : соотнесенная с дополнительными затратами на модернизацию. Эффек тивность эта определяется интенсивностью движения поездов и уело виями технической эксплуатации СИРДП.

Набор работ, включаемых в планы модернизации СИРДП, ограни чен и определяется на основе опыта применения систем по назначе нию на сети дорог или на конкретном участке железной дороги. Поэ тому отправным пунктом для формализации процесса модернизаци взята работа с затратами на ее выполнение и ожидаемым результа том.

Для математического моделирования процесса модернизаци СИРДП использован аппарат теории множеств. Модернизируемая систе ма представлена как множество объектов разделенных на подано жество ^ однотипных объектов с общим количеством подмножеств п^ Эффективность работы зависит от конкретных условий эксплуатаци на участке, поэтому СИРДП распределены по подмножествам подсисте I с общим их количеством пч, различающихся, например, по терри ториальному признаку. Тогда - подмножества однотипных объекте в q-й подсистеме, N^=(1,...а - подмножества работ, про водимых в объектах подсистемы СЗЧ=П,....п^Л.

Для каждого з-го объекта из системы N взяты множество й

о

всех планируемых работ из общего числа их видов, равного п®; мно жество показателей качества функционирования Ре, характеризуади

объект, Рв= а,...,п®}, где п® - общее число рассматриваемых показателей качества; множество показателей качества перевозочного процесса Вв, зависящих от качества функционирования СИРДП, В6= {1,...,п®}; множество показателей качества и3 системы ТО и ремонта (СТОУиР) устройств ИРДП, и3=С1.....п3}; множество типов материальных ресурсов Б3, необходимых для выполнения работ на й-м объекте, (I.....п®>, и множество наличного ресурса А3 для выполнения этих работ, А3= {1,...,п®>; множество трудовых ресурсов М3, необходимых для выполнения работ на й-м объекте, м8= = {1,...,п3>, и множество наличных трудовых ресурсов по уровню квалификации Ь3 для в-го объекта, 1>3= {I.....п3}.

Разработанная теоретико-множественная модель позволила формализовать задачу оптимизации работ по модернизации СИРДП на определенном полигоне железной дороги для получения максимального суммарного положительного эффекта в поездной работе и СТОУиР. Целевая функция для этой задачи

^ ^ « П^

У = 2 2 2 2 а ЧС=» q=l г>=*

4> * <, С г Ч1С ч

г=1 р=1 р=1

Р „Т а "Ч

чтс ч ^ а

1=1 1 Р

при выполнении ограничений

3 К1г) гх + 2 Ь «

Р=г1

= шах

53 € нв» т^г1' "vе11.....п!}' т£ф=1' ^ р.ф « «...-.и®};

73с=1, V р,с е (I.....п®>; V V= {I.....п3}; 7^=1,

V V,!} « (I.....п®>; ^=1, ^=1,

чтс

где ДВзг> - степень улучшения а-го показателя качества перевозочного процесса от выполнения v-й работы на объекте типа % подсистемы q;

у^ - стоимостная оценка в я-й подсистеме единичной величин в натуральной метрике а-го показателя качества перевс зочного цроцесса;

АП^у - степень изменения у-го показателя качества систеы технического обслуживания и ремонта от выполнения г>-работы на объекте типа тс в q-й подсистеме;

е^ - стоимостная оценка в ч-й подсистеме единичной величин в натуральной метрике у-го показателя качества СТОУиГ

Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вло кений по новой технике;

Ч1Г

К1г, - количество ресурсов капитала 1-го типа, необходимог для выполнения г>-й работы по модернизации объекта тип г в ц-Ш подсистеме;

г^ - цена капитала 1-го тша в q-й подсистеме;

чтс

ЬрУ - количество ресурсов труда р-го тша, необходимого дл выполнения р-й работы для модернизации ти-го объекта q-й подсистеме;

- цена трудовых ресурсов р-го типа в q-й подсистеме;

Трф. Тр^. Тур. 7щ - характеристические функции;

Цр ~ индикаторы наличия потребных материальных и трудовы; ресурсов.

Планы модернизации приходится корректировать в процессе и: выполнения по разным объективным обстоятельствам. Реальность выполнения планов оцределяется, главным образом, обеспеченность] материальными ресурсами. Рассмотренные в диссертации стохастические и нечеткие модели позволяют оценивать эффективность работ п<

одернизации с учетом расходов на содержание неиспользованных ма-ериальных ресурсов и затрат на их доставку к месту использова-ия.

Планирование комплексов работ по модернизации СИРДП на конк-етном полигоне сведено математически к задаче, в которой требу-тся найти самый выгодный способ распределения ограниченных ре-урсов по нескольким видам производственной деятельности. Целевая ункция при этом формулируется в следующем виде: определить объе-ы выполнения работ по модернизации СИРДП на заданном полигоне елезной дороги, максимизирующее общую величину общего дохода Э в словиях наличия ограниченного объема потребных материалов и тру-овых ресурсов.

Получить оптимальное или квазиоптимальное (т.е. близкое к птимальному) решение рассматриваемой задачи можно с использова-ием методов линейного программирования, прямая задача которого аписывается при этом следующим образом: аксимизировать

о 1

п п г, г.

Э = 2 2 п^ <3=1 1)=±

ри ограничениях

Ч 1 ч 1

2 2й^ = А1, 2 2^ = 1^,

V = д = 1 = к = ^ О,

де - выигрыш в стоимостном выражении от выполнения одной г»-й работы на q~м участке; й^у - потребное количество 1-го материального ресурса для выполнения одной v-й работы на q-м участке; т^у - потребное количество трудовых ресурсов к-й квалификации

для выполнения одной р-ё. работы на д-м участке; - неотрицательные целые.

В данной оптимизационной задаче все переменные - количеств выполняемых работ по модернизации устройств на определенно участке железной дороги, должны принимать только целочисленны значения, т.е. задача является полностью целочисленной. Поскольк при этом целевая функция и функции, входящие в ограничения, ли нейные, задача является также линейной.

Решение целочисленных задач линейного программирование встречает определенные трудности, обойти которые можно решение] непрерывной модификации целочисленной задачи с использование! симплекс-метода и с последующим округлением координат полученное оптимума до допустимых целых значений. В рассматриваемой задач< ограничения относительно нежесткие, в частности, в них нет ограничений типа равенств, поэтому округление здесь обычно не вызывает особых затруднений.

В тех случаях, когда число ограничений двойственной задач! меньше, чем прямой, предпочтительнее решать двойственную задачз линейного программирования, поскольку при этом требуется менышй объем вычислений: минимизировать

* = + ¿^ь

при ограничениях

¿^л+ ¿"Ял.***

V = 1,п\ <1 = 1,пч, 1 = 1,ПБ, к = 2 о, у1+к 2 О,

где в ограничениях учитываются все остаточные переменные.

Переменные у и у1+к двойственной задачи представляют цен-ость ресурса или теневую цену его единицы.

Эффективность разработки оптимального плана модернизации стройств зависит прежде всего от качества подготовки исходных энных для расчетов, а также от условий поездной работы на поли-оне выполнения плановых работ. При этом выигрыш в денежной оцен-е может составлять до 10-15 и более процентов от общих затрат на одернизацшо на полигоне планирования.

В четвертой главе диссертации рассмотрены методы оценки ра-иональных сроков службы систем интервального регулирования дви-ения поездов.

Ухудшение инвестиционных возможностей железных дорог из-за адения доходов от перевозок замедлило процесс обновления основах фондов, и на начало 1996 г. уже более 25% СИРДП имели срок лужбы Солее 25 лет. Недостаточные темпы обновления приводят к ыстрому нарастанию парка изношенных систем, отчего становится есьма актуальной разработка методов определения рациональных роков службы СИРДП.

Долговечность объекта оценивается величиной ресурса, под ко-орым понимают суммарную наработку объекта от начала эксплуатации ли ее возобновления после определенного типа ремонта до перехо-а в предельное состояние. Состав систем ИРДП как сложных средств руда в процессе эксплуатации существенно меняется в результате емонтов и замен. Новые или капитально отремонтированные составив части эксплуатируемой системы имеют больший запас работоспо-обности, и при длительной эксплуатации заменяется все большее иоло первоначально установленных устройств. В результате понятие ресурс" для системы весьма отличается от этого понятия для от-эльного изделия (элемента), входящего в систему. Ресурс системы

как запас ее работоспособности определяется аддитивно ресурсам элементов, составляющих систему, при существующей организации ТО ремонтов и замен элементов.

Проблема определения израсходованного или остаточного ресур са связана с вопросами прогноза возможных изменений в их элемен тах, устройствах, подсистемах на основе изучения физики процессо старения, имеющих стохастическую природу. Эта проблема интенсивн разрабатывается для отдельных элементов, базируясь на физически моделях отказа, разработка которых в параметрической теории нахо дится пока на ранней стадии. Для определения влияния процессо: старения в СИРДП на величину эксплуатационных расходов исследова ние этих процессов выполнялось в двух метриках: натуральной : стоимостной.

Для компенсации морального и физического старения устройст] проводят капитальные ремонты, модернизацию и замены. Обработк. собранных статистических данных по ряду эксплуатируемых систем Э] на участках с электрической тягой Московской, Октябрьской Западно-Сибирской, Целинной железных дорог показала, что трен, суммарной интенсивности таких работ растет в первые 10 ле' эксплуатации, а затем приобретает квазиколебательный характер < периодом 10 лет и наибольшей величиной на двадцатом году служб! системы. Пик замен, например, напольного кабеля приходился нг 22-й, 23-й годы эксплуатации со следующим пиком меньшей величиш на 35-м, 36-м годах. Аналитическая зависимость от времени X длины заменяемого кабеля 1з при полной длине первоначально уложенного кабеля 1(0) получена в виде:

1эШ = 1ло)«зи) + 2 +

X» — 1

+ 2 [2 ¿(^Ш^-^ЩЧМ;.,)}.

V2

Первый член в фигурных скобках определяет плотность вероятности первой замены отрезков кабеля. Второй член есть плотность вероятности того, что в течение 1;-го интервала отрезок кабеля, сложенный в промежутке времени (М,) взамен пришедшего в негодность, тоже будет заменен. Плотность вероятности третьей замены в течение 1;-го периода времени кабеля, вновь уложенного в промежутке времени (1;-1;.8), определяется третьим членом в правой части формулы.

Для количественной оценки ресурса СИРДП как сложной техни-кской системы принята нормировка на единицу ресурса новой системы или ее элемента, и считается, что к моменту замены элемента ресурс расходуется полностью. На процесс расхода ресурса наложены гри ограничения: условие аддитивности во времени, условие адди-гивности по составляющим систему элементам и условие марковости.

Утрачиваемый в процессе эксплуатации ресурс устройств вос-юлняется проведением плановых профилактических ремонтов, а также 1редупредительными и восстановительными ремонтами, отчего средняя жорость расходования ресурса, определяемая скоростью протекания ^градационных процессов, замедляется. Капитальные ремонты обес-гечивают скачкообразное восполнение ресурса, утраченного вследствие физического износа, а работы по модернизации устройств вос-голняют частично или полностью ресурс, утраченный вследствие мо->ального износа. Однако и эти работы только отдаляют, а не исклю-[ают необходимость замены устройств или системы, когда обеспечи-¡ается полное восстановление ресурса объекта.

Степень обновления элемента или системы в результате выполнения работ по ремонту или модернизации оценивается абсолютным

значением степени восстановления ресурса AR. Обновление можн

считать мгновенным, так как продолжительность всех видов ремон

тов, модернизаций и замен относительно невелика по сравнению

длительностью эксплуатации элементов до замены.

В диссертации разработана методика расчета изменения ресур

са R(tD,t;e) любого элемента СИРДП при его эксплуатации н

полуинтервале времени tto,t) в условиях s, s е е, где Е - множес

тво условий эксплуатации. При расчетах остаточного ресурса систе

мы Ro(tQ,t;s) по остаточным ресурсам составляющих его элементо:

3-е составляющие ресурса системы взвешиваются по удельному вес;

стоимости 3-х элементов в сметной стоимости системы. Остаточны:

ресурс ОИРДП при неизменной скорости расходования ресурса элемен

тов мевду работами по их обновлению рассчитывается по формуле

м ни3 м м

Rc (t ,t;e) = I + 2 2 Q k ,AR" + 2 2 öM.kAR -3=» nKj=i 3 J J 3=1 nMj=1

- Д kBj(t/TaJ-naJ), nKj=I,2..... nM;J=I,2...,na;J=0,I,2...,

где NM;J, - количество капитальных ремонтов и модернизаций 3-го элемента в течение анализируемого времени t; kBj=Cj/Ko - коэффициент веса, учитывающий относительную част] сметной стоимости 0 , связанную с 3-ми элементами

V

в сметной стоимости системы Кс; М - количество видов элементов в системе; AR"; ARj - степень восстановления ресурса 3-х элементов з!

счет соответственно капитального ремонта и модернизации;

- символы Кронекера для капитальных ремонтов и работ по модернизации 3-го элемента.

Здесь п . - порядковый номер капитального ремонта 3-х эле-

К Д

(ентов в интервале времени, начиная с ^=0; пм;) - порядковый но-¡ер модернизации 3-х элементов, Т^ - время работы до замены 3-х »лементов, пз;3- порядковый номер выполненной замены 3-х элементов.

Эволюция ресурса системы во времени удовлетворительно корре-шрует с качеством ее функционирования, определяемым надежностью шстемы и затратами для обеспечения требуемого качества функционирования. Установлено, например, что удовлетворительное качество функционирования ЗЦ обеспечивается при ее остаточном ресурсе в 1ределах 0,4-0,5. Однако поддержание остаточного ресурса на этом /ровне после 20 лет эксплуатации требует затрат на обновление устройств в 1,5-1,7 раз больше, чем в первые 10 лет.

Рациональным (оптимальным) сроком службы системы ИРДП можно считать такую продолжительность ее эксплуатации до реконструкции и замены, при которой обеспечивается минимум удельных суммарных затрат, приходящихся на единицу наработки. По результатам анализа известных методов оптимизации сроков до реконструкции и замены элементов, машин, технических систем и производственных объектов найдено, что эти методы непригодны для определения рациональных сроков службы СИРДП вследствие того, что системы сложнее, чем машины или элементы, и невозможно оценить в денежном выражении их вклад в стоимость транспортной продукции. Определенные ограничения накладывает также дискретность изменения во времени расходов на техническую эксплуатацию СИРДП.

В диссертационной работе показано, что рациональный срок службы СИРДП необходимо находить по критерию минимума среднегодовых взвешенных по времени приведенных затрат за срок службы системы при динамическом определении расходов на реновацию, исголь-

зуя следующее выражение:

Т1 г / Т1Г ■ч-ъ+1 ( Т1 /г ^

+ Дкз /+ - + Е«)4]} = т1п' Т1 = х'2.....

где Т4 - срок службы системы для 1-го варианта;

Ен - норматив эффективности капитальных вложений;

- суммарные эксплуатационные расходы за время Т± без рас

ходов на реновацию;

К^ - капитальные вложения на 3-е работы за время ОД1, куд; включены и первоначальные капитальные затраты на строительство и монтаж системы (при 1=0);

- год выполнения 3-х работ с затратами К^, отсчитываемы! от начала эксплуатации системы

Р1 - количество капитальных вложений за период эксплуатацш системы Т1.

Предложенная постановка задачи в динамическом варианте и пс эксплуатационным, и по капитальным затратам, несколько усложни} расчеты, повышает чувствительность функции затрат к изменении срока службы системы и позволяет получить его оптимальное значение, вполне соответствующее сути изучаемых технико-экономическш процессов. Использование приведенных затрат за расчетный период: позволяет производить также количественную оценку эффективности альтернатив по реконструкции или замене СИРДП после достижения оптимального срока ее службы, а задачу оптимизации инвестиционного плана в масштабах определенного участка железной дороги при найденных рациональных вариантах реконструкций и замен систем и известных на ближайшие года ограничениях по капиталовложениям

добно решать с применением методов линейного программирования.

Выполненные расчеты по предложенным методам с использованием татистических данных по капитальным и эксплуатационным затратам а срок службы систем ЭЦ до 30 и более лет показали, что выбор птимального варианта реконструкции или замены ЭЦ обеспечивает иигрыш на величину до 20% в среднегодовых приведенных затратах, оптимизация инвестиционных планов методами линейного программи-ования дает выигрыш в финансовых затратах на 10-20%.

Пятая глава диссертации посвящена разработке методов и редств контроля состояния систем ЙРДП.

Эффективность работ по обеспечению требуемого уровня надеж-ости эксплуатируемой системы в значительной степени зависит от остоверности результатов контроля ее состояния. Использование олее полной количественной информации о техническом состоянии стройств по сравнению с информацией только о моментах их отка-ов позволяет организовать эксплуатацию устройств со значительно учшими технико-экономическими показателями и прогнозировать по-эдение системы или характер изменения ее параметров во времени.

В диссертации предложены метод краткосрочного прогнозирова-ия безотказности токопроводящих и изолирующих элементов рельсо-эй линии по результатам периодического контроля состояния верх-эго строения пути, а также вероятностный метод задания предот-азного уровня при известной или прогнозируемой скорости измене-га параметра с границей допустимой области типа поглощающего храна.

Особое внимание в данной главе уделено вопросам нормирования контроля параметров рельсовых цепей (РЦ), отличающихся невысо-эй надежностью. Разработаны метод нормирования предотказного эовня сопротивления токопроводящих стыков в длинных РЦ, когда

корректным становится использование законов математической ста тистики, а также методика расчета норм предельного минимальног сопротивления изолирующих стыков по допускаемому уровню взаимны помех на путевых приемниках смежных РЦ.

Нормативная величина сопротивления изолирующего стыка R находится как меньший из положительных корней уравнения:

где коэффициент асимметрии Ка равен отношению сопротивлений пар изолирующих стыков, т.е. RCT2/RCT1 при Rct2 < Rcti и кж=ОД.

Промежуточный параметр Z-g является функцией параметров четы

л

рехполюсников рельсовых линий и аппаратуры смежных РЦ, a Z зави сит еще и от нормативного значения сопротивления четырехполюсник изоляции, разделяющей смежные РЦ. В диссертации найдены аналити ческие зависимости величин Z и Z2 от указанных параметров.

Анализ результатов расчетов по разработанной методике пока зал, что сопротивление каадого изолирующего стыка должно быть н меньше предельной величины, получаемой при Rct2/Rctj=I. Так дл импульсно-проводной АБ сопротивление каадого стыка должно быть н меньше 7,0 Ом, а для кодовой АБ 50 Гц - не меньше 9,5 Ом.

Специфичность требований при измерении и контроле токопрово дяпдах стыковых соединений заключается в необходимости измерения полевых условиях малых сопротивлений порядка единиц или десяти долей миллиома, а при измерении сопротивления изолирующих элемен тов - невозможность отключения обходных электрических цепей, сое диненных параллельно с контролируемым элементом и обладающих con ротивлением, соизмеримым с сопротивлением контролируемого элемен та или намного меньшим его.

Представленные в диссертации методы контроля и измерени

параметров токопроводящих и изолирующих элементов рельсовой линии позволили решить указанные проблемы и использованы при разработке ряда средств контроля и измерения параметров РЦ эксплуатационным штатом, а также средств повышения устойчивости работы РЦ и датчиков контроля помех в них. Предложенные методы нормирования длины линий передачи информации в СИРДП при пониженном сопротивлении изоляции использованы при разработке технических решений для повышения устойчивости работы РЦ и двухпроводных цепей смены направления движения на длинных перегонах с воздушной линией АБ. На все технические решения, предложенные в данной диссертации, получены авторские свидетельства на изобретения.

В шестой главе диссертации произведена экономическая оценка качества функционирования СИРДП, а также эффективности исследований и разработанных решений.

Выходной эффект участка железной дороги определяется объемом перевозочной работы, доходом или прибылью, получаемой за перевозку грузов и пассажиров. Для эксплуатируемых СИРДП наиболее важным является количественная оценка влияния изменения их надежности и затрат для обеспечения требуемого ее уровня на прибыль от перевозок.

Экономический ущерб от защитных отказов СИРДП зависит от их интенсивности и времени восстановления работоспособности устройств, от интенсивности и времени восстановления повреждений в объектах управления, вызванных отказами СИРДП; от интенсивности и объемов порчи перевозимых грузов, вызванной этими отказами. Экономические потери зависят также от моментов начала отрицательного действия на перевозочный процесс физического и морального старения СИРДП, а также затрат на компенсацию старения.

Интегральной оценкой влияния надежности СИРДП на эффектив-

ность ее функционирования может служить цена отказа. Предложении! подход к.количественному определению цены защитных отказов СИРД1 и разработанные методы вычисления ее отдельных составляющих позволяют находить цену отказа в конкретных условиях эксплуатацш систем.

Выполненные исследования показали, что цена защитного отказ; устройств ЭЦ, однопутной и двухпутной АБ линейно зависит от времени восстановления устройств при степени использования пропускной способности горловины станции или перегона до 55-60%. Быстрый рост цены отказа начинается при степени использования пропускной способности больше 65-70%, если время восстановления превышает 1,8-2 ч. Потери вследствие защитных отказов СИРДП в пассажирском движении поездов при первоочередном их пропуске составляют 5-25% от потерь в грузовом движении, причем на однопутных перегонах эти потери больше.

Дополнительные затраты на устранение защитных отказов СИРДЕ становятся сравнимыми с потерями в поездной работе от этих отказов при степени использования пропускной способности однопутных перегонов ниже 10-15%, а для двухпутных перегонов и горловин станций - ниже 35-40%.

Теоретические положения и методы управления технической эксплуатацией систем ИРДП, разработанные и рассмотренные в данной работе, позволили создать ряд инженерных методик и технических средств, используемых на сети железных дорог и обеспечивающих повышение эффективности процесса технической эксплуатацш этих систем.

Методика расчета эффективности технических мероприятий по повышению надежности действующих устройств СЦБ, утвержденная ЦШ МПС 12.12.89 г., нашла применение на сети железных дорог бывшего

СССР и обеспечила получение экономического эффекта более 80 тыс. рублей в ценах 1984 г.

Использование институтом Алмаатагипротранс разработанной на основе теоретических положений диссертационной работы методики расчета рациональных сроков реконструкции устройств железнодорожной автоматики и телемеханики дало экономический эффект в ценах на 01.04.91 г. в сумме 159,1 тыс. рублей. Метода реконструкции устройств автоблокировки, внедренные при переходе с электротяги постоянного тока на электротягу переменного тока на участке Зима-Слюдянка Восточно-Сибирской железной дороги, обеспечили экономию денежных средств в суше 8 миллиардов 997,95 миллионов рублей в ценах на I сентября 1995 г.

Методы прогнозирования надежности устройств СЦБ и повышения эффективности процесса их технического обслуживания нашли применение на железных дорогах с экономическим эффектом более 56 тыс. рублей в ценах 1984 г.

Внедрение на железных дорогах технических средств, разработанных на базе теоретических положений диссертации по методам повышения устойчивости работы устройств МРДП, контроля и измерения их параметров, дало экономический эффект более 260 тыс. рублей в ценах 1984 г.

Приложения содержат алгоритмы расчета влияния отказов двухпутной АБ на процесс движения поездов, пример расчета для минимизации эксплуатационных расходов по ТО устройств ЭЦ, а также материалы, подтверждающие внедрение результатов диссертационных исследований.

40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены научно обоснованные техни ческие и технологические решения, внедрение которых вносит значи тельный вклад в ускорение научно-технического прогресса в облает технической эксплуатации систем интервального регулирования дви жения поездов и обеспечивает существенное снижение эксплуатацион ных расходов.

Основные теоретические и практические результаты диссертаци заключаются в следующем:

1. Предложена концепция решения проблемы снижения расходе на эксплуатацию систем интервального регулирования движения поес дов без ухудшения качества их функционирования при росте разлита в интенсивности движения поездов и в условиях эксплуатации систе на разных участках сети железных дорог. Наиболее перспективны! направлениями решения рассматриваемой задачи являются: оптимизг ция по технико-экономическим критериям стратегий техническоз обслуживания систем и планирования работ по их модернизации, oi ределение рациональных сроков реконструкции и замен систем ] критерию минимума среднегодовых взвешенных по времени приведенн затрат за срок службы системы, повышение полноты и достоверное информации о текущем техническом состоянии систем.

2. Установлено по результатам анализа качества техническ эксплуатации и функционирования систем интервального регулиров ниа движения поездов, что до 70% отказов, в том числе более 5 опасных, происходит из-за ошибочных действий обслуживающего ремонтного персонала, а также плохого качества выполнения эт персоналом работ. По результатам количественного анализа потерь поездной работе от защитных отказов рассматриваемых систем в н

туральной и стоимостной метриках найдено, что дополнительные затраты на устранение защитных отказов устройств интервального регулирования становятся сравнимыми с дополнительными издержками в поездной работе от этих отказов при степени использования пропускной способности однопутных перегонов ниже 10-15%, двухпутных перегонов и горловин станций - ниже 35-40%.

3. Показано, что достаточно строгое и удобное для практического применения математическое описание процессов расхода параметрической избыточности, морального и физического старения систем интервального регулирования движения поездов, а также работ, выполняемых в процессе их технической эксплуатации, обеспечивают разработанные многоуровневые модели работоспособности на базе управляемых марковских процессов.

4. Доказано существование оптимальной периодичности профилактических работ, направленных на предупреждение защитных отказов. Более частые профилактики вызывают рост интенсивности после-1рофилвктичбских отказов, а увеличение периодичности сверх опти-яальной приводит к росту интенсивности постепенных отказов, выз-¡анных деградационными процессами в устройствах. Снижение избы-'очности частоты профилактик уменьшает также интенсивность опасна отказов, вызываемых обслуживающим персоналом.

5. Исследованы ограничения на применение прямых методов по-:ска оптимальной периодичности профилактик. Показано, что в еос-■оянии статистического равновесия для оптимизации технического бслукивания рассматриваемых систем эффективно использование ли-ейного программирования, позволяющего введением соответствующих ополнительных условий учитывать допустимый уровень опасных отка-ов, недостоверность контроля и неполное восстановление. В изме-яющихся условиях эксплуатации использование марковских управляв-

мых процессов обеспечивает значительное сокращение объемов вычислений при выборе стратегий, минимизирующих математическое ожидание удельных эксплуатационных затрат на техническое обслуживание систем интервального регулирования.

6. Найдены целевые функции по результатам анализа разработанных теоретико-множественных, стохастических и нечетких моделей, обеспечивающие возможность выполнения расчетов с целью поиска максимального технике- экономического выигрыша от модернизации систем интервального регулирования движения поездов для компенсации их морального и физического старения.

7. Доказана результативность использования методов линейного и целочисленного программирования при планировании комшюксое работ по модернизации систем интервального регулирования на достаточно большом полигоне железной дороги, позволяющих найти оптимальное или квазиоптимальное решение по максимуму получаемого технико-экономического эффекта.

8. Разработаны, модели эволюции во времени ресурса систел интервального регулирования движения поездов как сложных технических систем. Найдены распределение элементов по скорости ш старения и закономерности роста эксплуатационных расходов по мере старения систем.

9. Доказано существование рациональной длительности эксплуатации систем интервального регулирования и предложено находить ее по минимуму среднегодовых взвешенных по времени приведенных затрат за срок службы при динамическом определении расходов на реновацию в соответствии с реальными объемами распределенных во времени капитальных вложений, вызванных моральным и физическим старением эксплуатируемой системы. Определено, что для оптимизацш инвестиционного плана реконструкции и замены систем интервальное

регулирования на участке железной дороги при известных возможностях по капиталовложениям удобны методы линейного црограммирова-яия.

10. Разработаны методы оперативного и краткосрочного прогнозирования расхода параметрической избыточности устройств в системах интервального регулирования, метода нормирования и контроля параметров элементов рельсовых линий как трактов передачи информации, а также контроля помех в них. Созданы датчики, индикаторы 5 измерители для контроля состояния токопроводящнх и изолирующих зтыков в рельсовых линиях, а также уровней помех в рельсовых четах, прошедшие успешные эксплуатационные испытания на ряде дорог. 1асть устройств внедрена на дорогах.

11. Реализация разработанных в диссертации методов, рекомендаций и технических решений обеспечила получение подтвержденного экономического эффекта более 550 тысяч рублей в ценах 1984 года, 1 также 8,99 миллиардов рублей в ценах на 01.09.95 г.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Шаманов В.И., Ведерников Б.М. Методика расчета эффективности технических мероприятий по повышению надежности действующих устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). //МПС СССР. М., 1989. 80 с.

2. Шаманов В.И. Повышение достоверности информации о состоянии участков пути// Автоматизированные системы управления технологическими процессами на железнодорожных станциях: Межвуз. сб.научн.трудов. ДШТ, 1983. С. 103-105.

3. Кравцов Ю.А., Степенекий Б.М., Глащенков Г.А., Шаманов В.И. Импульсная рельсовая цепь для участков с пониженным сопротив-

лением балласта // Автоматика, телемеханика и связь. 1981 №1.0. 7-10.

4. Шаманов В.И. Взаимное влияние несимметричных рельсовых цепей// Производительность и эффективность эксплуатации технических средств железнодорожного транспорта: Межвуз.ей.научи, трудов. ТашИИТ, 1985. Вып. 196/43. С. 62-67.

5. Шаманов В.М. Управление качеством технической эксплуатации систем железнодорожной автоматики и телемеханики// Повышение эксплуатационной надежности и эффективности технически: средств на железнодорожном транспорте: Сб. научн. трудов ТашИИТ, 1987. Вып. 209. С. 25-30.

6. Шаманов В.И. Метода оценки и пути повышения эффективное^ работ по совершенствованию устройств железнодорожной автоматики и телемеханики// Совершенствование технических средстз и методов оперативного управления движением поездов: Межвуз сб.научн.трудов. ТашИИТ, 1989. Вып. 219/58. С. 5-9.

7. Шаманов В.И., Молдасалиев Б.А., Ведерников Б.М. Повышение устойчивости работы двухпроводной схемы смены направления/, Автоматика, телемеханика и связь. 1990. Л 10. С. 28-31.

8. Шаманов В.И., Ягудин Р.Ш., Ведерников Б.М. Эффективность технических мероприятий по повышению надежности действующи: устройств сигнализации, централизации и блокировки// Автоматика, телемеханика и связь. 1990. № 6. С. 30-32.

9. Шаманов В.И. Надежность и эффективность средств перегоню! автоматики и телемеханики// Микропроцессорные системы на железнодорожном транспорте: Сб.научн.трудов. ЛЮТГ, 1991. С 90-93.

10. ШаманоЕ В.И., Ведерников Б.М. Интенсификация процессов эксплуатации устройств железнодорожной автоматики и телемеханика

в новых условиях хозяйствования// Интенсификация работы железных дорог Казахстана в новых условиях хозяйствования: Сб. научн.трудов. ТашИИТ, 1988. Вып. 212. С. 24-27.

1. Шаманов В.И. Надежность и эффективность устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: Учеб. пособие. Алматы: Изд-во АлИИТа, 1992. 78 с.

2. Шаманов В.И., Шаклин Г.К., Михалдык В.П. Автоматический контроль в кодовых рельсовых цепях// Автоматика, телемеханика и связь. 1993. * С. 27-29.

3. Шаманов В.И. Измерение параметров рельсовых цепей// Автоматика, телемеханика и связь. 1993. № 8. С. 33-34.

:4. Шаманов В.И, Контроль рельсовых цепей// Путь и путевое хозяйство. 1994. № 8. С. 35-36.

;5. Шаманов В.И. Игры с непротивоположными интересами в задачах оценки эффективности сложных технико-организационных систем. // Актуальные проблемы железнодорожного транспорта ВосточноСибирского региона: Сб.научн.статей. ИрИИТ, 1995. Вып. I. С. 68-73.

16. Шаманов В.И. Инвариантность контроля параметров двухполюсников в сложных электрических цепях// Микроэлектронные системы контроля и управления на железнодорожном транспорте: Сб. научн.трудов. ИрИИТ, 1995. С. 50-54.

17. Шаманов В.И. Модели управления надежностью сложных систем// Асимптотические методы в задачах аэродинамики и проектирования летательных аппаратов: Межвуз.сб.научн.трудов. ИрГТУ, 1995. С. 76-84.

18. Шаманов В.И. Основы теории автоматического управления и элементы систем железнодорожной автоматики: Учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрИИТа, 1995. 134 с.

19. Зиннер В.И., Шабалин А.Н., Зорин А.П., Шаманов В.И. Использ< вание MC 25 Гц при электротяге постоянного тока // Автомат! ка, телемеханика и связь. 1995. Jí 10. С. 14-15.

20. Шаманов В.И. Оптимизация модернизации устройств автоматики телемеханики// Железнодорожный транспорт. 1996. # 12. С. 1С -19.

21. Зиннер В.И., Шабалин А.Н., Бянкин Ю.К., Шаманов В.И. Реконс трукция устройств СЦБ и связи на участке Зима-Слюдянка// Же лезнодорожный транспорт. 1996. й 7. С. 44-46.

22. Шаманов В.И. Эксплуатация стареющих систем автоматики и теле механики // Железнодорожный транспорт. 1997. Jé 9. С. 35-39.

23. Шаманов В.И. Эволюция во времени ресурса эксплуатируемых сис тем железнодорожной автоматики и телемеханики// Автоматика телемеханика и связь. 1997. Jé 12. С. 20-24.

24. A.c. II4I034 СССР, МКИЭ В 61 Ь 23/14. Устройство для интер вального регулирования движения поездов/ И.П.Кривцов, В.И Шаманов// Открытия. Изобретения. 1985. Jé 7. С. 74.

25. A.c. 1613374 СССР, МКИ3 В 61 L 23/16. Кодовая рельсовая цет переменного тока/ В.М.Шаманов, В.П.Михалдык, Б.М.Ведерников// Открытия. Изобретения. 1990. № 46. С. 81.

26. A.c. I792861 МКИ3 В 61 L 23/16. Стыкоизмеритель для электрифицированных железнодорожных линий/ В.И.Шаманов, К.С.Мухамед-жанов, Б.М.Ведерников, Л.В.Никулин, В.П.Михалдык// Открытия, изобретения. 1993. J4 5. С. 42.

27. A.c. 1799788 МКИ3 В 61 L 23/16. Устройство для измерения сопротивления стыковых соединений рельсовой линии/ В.И.Шаманов, Л.В.Никулин, В.П.Михалдык, С.И.Шаманова// Открытия, изобретения. 1993. № 9. С. 41.

28. A.c. 1799786 МКИ3 В 61 L 23/16. Устройство для измерения con-

ротивления изолирующих стыков/ В.М.Шаманов, С.М.Шаманова// Открытия, изобретения. 1993. J6 9. С. 41. 39. A.c. 1798729 МКИ3 G Ol R 27/02. Устройство для измерения сопротивлений малой величины/ В.И.Шаманов, К.С.Мухамеджанов, В.П.Михалдык, Л.В.Никулин, В.М.Ведерников// Открытия. Изобретения. 1993. » 8. С. 145-146.

Кроме перечисленных работ в диссертации использованы другие опубликованные работы (всего 40 наименований), в которых отражены результаты по теме настоящего исследования. Автором опубликованы также 22 научных статьи и получено 4 авторских свидетельства на 130бретения в смежных областях автоматики и телемеханики.

¿'¡¿Г > у ..,««!.' ¥ 4 - ¿¡^

ИРКУТСКИМ ШСТМТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

правах рукописи МВ ВИКТОР ИННОКЕНТЬЕВИЧ

УДК'656.25-52

ТЕОРШ .ЖЖ'ОДЫ УПРАВЛЕНИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

05.22.08. Эксплуатация железнодорожного транспорта (включая системы сигнализации, централизации и блокировки)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант -заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В.М.ЛМСЕНКОВ

Иркутск 1997 ( - ^

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................ 6

1. КОМПЛЕКС СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КАК СЛОЖНАЯ АНТРОПО-ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА............................. 13

1.1. Постановка вопроса ................................... 13

1.2. Иерархичность и качество функционирования комплексов СИРДП................................................ 14

1.3. Эргатичностъ комплексов СИРДП ........................ 22

1.4. Анализ влияния отказов и уровня ремонтопригодности устройств ИРДП на качество регулирования ............. 26

1.4.1. Влияние надежности устройств двухпутной автоблокировки на качество ИРДП при одностороннем движении ........................................... 28

1.4.2. Влияние надежности устройств однопутной автоблокировки на качество ИРДП........................ 39

1.4.3. Влияние надежности устройств электрической централизации на качество ИРДП...................... 46

1.5. Учет влияния динамики потока поездов на качество интервального регулирования ............................ 51

1.6. Математическая модель процесса технической эксплуатации систем ............................................... 60

1.7. Проблемы эксплуатации СИРДП на участках с разной плотностью поездопотока .................................. 75

1.8. Выводы ............................................... 81

2. МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ НА ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМ МРДП.................................................... 84

2.1. Постановка вопроса ................................... 84

2.2. Анализ безотказности и ремонтопригодности систем ИРДП 85

2.3. Модели надежности систем МРДП ........................ 90

2.4. Модели технического обслуживания систем МРДП ..................96

2.5. Анализ методов оптимизации технического обслуживания . 102

2.6. Оптимизация технического обслуживания СИРДП по критериям безотказности ................................... 109

2.7. Оптимизация технического обслуживания СИРДП по технико-экономическим критериям ........................... III

2.7.1. Оптимизация технического обслуживания методами линейного программирования ............................................114

2.7.2. Марковские процессы с доходами и динамическое программирование в задачах оптимизации технического обслуживания ........................................................122

2.7.3. Задачи технического обслуживания "по состоянию" . 130

2.8. Выводы ..............................................................................................132

3. МЕТОДЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ СИРДП ................................... 134

3.1. Постановка вопроса ......................................................................134

3.2. Анализ причин и объемов модернизации..................................136

3.3. Математическое моделирование процесса модернизации систем ИРДП....................................................................................139

3.3.1. Обобщенные теоретико-множественные модели ..............140

3.3.2. Стохастические модели ......................................................154

3.3.3. Нечеткие модели ..................................................................159

3.4. Методы оценки затрат и результатов при модернизации .. 163

3.5. Методы оценки эффективности работ по модернизации ________168

3.6. Методы планирования комплексов работ по модернизации по критерию максимума получаемого технико-экономического эффекта ..................................................................................170

3.7. Выводы ..............................................................................................181

4. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РАЦИОНАЛЬНЫХ СРОКОВ СЛУЖБЫ СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ................. 183

4.1. Постановка вопроса ................................... 183

4.2. Анализ долговечности систем интервального регулирования ..................................................185

4.3. Модели стохастических процессов старения устройств ... 191

4.4. Модели эволюции во времени ресурса системы ИРДП ...... 211

4.5. Методы оценки рациональных сроков эксплуатации систем

до реконструкции и замены ............................226

4.6. Выводы ............................................... 244

5. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ .......................... 246

5.1. Постановка вопроса ................................... 246

5.2. Методы прогнозирования надежности элементов..........249

5.3. Методы определения границ допустимой области изменения параметров устройств ................................. 256

5.3.1. Методы определения рациональной длины линий передачи информации по требованиям устойчивости их работы .......................................... 257

5.3.2. Нормирование предотказного уровня сопротивления токопроводящих стыков в рельсовых цепях..........261

5.3.3. Методы нормирования сопротивления изолирующих стыков в рельсовых цепях ........................ 262

5.4. Методы контроля и измерения параметров токопроводящих

и изолирующих элементов рельсовой линии..............275

5.4.1. Измерение и контроль сопротивления токопроводящих элементов.......................................277

5.4.2. Измерение и контроль сопротивления изолирующих элементов.......................................279

5.5. Методы контроля помех в трактах передачи информации

по рельсовым линиям .................................. 295

5.6. Разработка средств контроля .......................... 298

5.7. Разработка средств измерения .........................305

5.8. Выводы ...............................................307

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИРДП____310

6.1. Постановка вопроса ................................... 310

6.2. Экономикс - математическая модель влияния надежности СИРДП на качество перевозочного процесса ............. 312

6.3. Цена отказа системы ЙРДП.............................315

6.4. Оценка экономической эффективности выполненных исследований и разработанных решений...................... 325

6.5. Выводы ...............................................327

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................. 330

ЛИТЕРАТУРА..............................................339

Приложение I. Алгоритм расчета влияния отказов двухпутной автоблокировки на процесс движения поездов ....... 368

Приложение 2. Пример расчета для минимизации эксплуатационных расходов по техническому обслуживанию устройств

электрической централизации .......................... 373

Приложение 3. Документация о внедрении результатов диссертационных исследований............................376

ВВЕДЕНИЕ

В условиях реально формирующегося рынка в стране основными требованиями пользователей к качеству транспортной продукции стали сроки доставки и сохранность грузов, сокращение затрат на перевозки. Главной задачей совершенствования управления перевозочным процессом на этом этапе признан переход к ориентированному на удовлетворение требований пользователей качеству транспортного обслуживания при достижении наиболее экономичных результатов всех составляющих технологического процесса. Для решения этой задачи требуется глубокое реформирование железнодорожного транспорта как экономической системы.

В связи с падением объемов перевозок и доходов железных дорог и с учетом того, что более 25% в эксплуатационных расходах приходится на заработную плату, на ближайшие 10 лет поставлена задача сокращения на треть численности персонала. Для уменьшения эксплуатационных издержек признано также необходимым минимизирование расходов, повышение качества планирования и прогнозирования.

Системы интервального регулирования движения поездов (СИРДП) играют важную роль в перевозочном процессе, обеспечивая ритмичность и безопасность движения поездов и влияя тем самым непосредственно на сроки доставки грузов и пассажиров, на сохранность грузов, безопасность пассажиров и работников, связанных с движением поездов. При этом к системам интервального регулирования движения поездов (ИРДП), кроме систем автоблокировки (АБ), автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) и автостопа (АС) £133], будем относить также системы электрической централизации (ЭЦ), характеристики и качество функционирования которых влияют

как на формирование фактического межпоездного интервала на перегонах, так и на качество ИРДП на участках железных дорог.

Потребительские свойства систем МРДП проявляются как при использовании их по назначению в перевозочном процессе, так и при выполнении работ, обеспечивающих требуемое качество функционирования систем в конкретных эксплуатационных условиях. Большой вклад в совершенствование технологии управления движением поездов при использовании систем ИРДП, в том числе с учетом их реальной надежности, внесли отечественные ученые С.А. Абрамов, A.M. Баранов, В.А. Дмитриев, Ю.В. Дьяков, В.Е. Козлов, Ф.П. Кочнев, A.M. Макарочкин, В.А. Персианов, Л.П. Тулупов и многие другие.

Исследованию вопросов надежности и эксплуатации технических систем и средств управления, в том числе с учетом влияния человека, посвящены работы Е.Ю. Барзиловича, В.В. Болотина, А.И. Губин-ского, Г.В. Дружинина, В.К. Дедкова, В.Н. Каштанова, Р.Н. Колега-ева, H.A. Шишонка, Р. Барлоу, В. Кокса, Ф. Прошана и других.

Значительный вклад в развитие теории и внедрение систем и средств автоматики и телемеханики в процесс ИРДП и автоведения внесли известные ученые Л.А. Баранов, И.В. Беляков, A.M. Брылеев М.Н. Василенко, Е.В. Ерофеев, В.Н. Иванченко, P.A. Косилов, Ю.А. Кравцов, И.М. Кокурин, В.М. Лисенков, Б.Д. Никифоров, A.C. Переборов, Н.Ф. Котляренко, Н.Ф. Пенкин, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю.В. Соболев, Д.В. Шалягин, В.И. Шелухин, О.И. Шелухин, А.П. Шишляков, A.A. Явна и многие другие.

Совершенствование методов технического обслуживания (ТО) и повышение надежности СИРДП является предметом научных исследований В.М. Абрамова, А.И. Брейдо, К.А. Бочкова, И.Е. Дмитренко, A.M. Костроминова, А.Е. Федотова, Р.Ш. Ягудина, 0. Вебера, Л. Венера, Г. Торнаи, М. Фишера, Ю. Хюбнера и других.

Экономические вопросы использования технических средств для МРДП нашли отражение в трудах А.П. Абрамова, И.В. Белова, A.B. Быкадорова, В.М. Сороко, А.Д. Шишкова и других.

В условиях действия концепции все возрастающей интенсивности движения поездов организация технической эксплуатации систем МРДП мало зависела от объемов перевозок на участке железной дороги, а невысокая доля систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) в общем объеме основных фондов железных дорог обусловливала их замену обычно до истечения сроков амортизации.

Ограничения возможностей по новым капиталовложениям привели к быстрому нарастанию парка изношенных СИРДП. Последнее усугубляется тем, что наиболее бурное внедрение новых и замена морально устаревших систем МРДП шло в шестидесятых годах. Вместе с тем в соответствии с теорией длинных волн в экономике [92] сейчас началась пятая - микропроцессорная волна (первая волна - создание и распространение паровой машины, вторая - распространение железной дороги, третья - создание и распространение электрических устройств и автомобиля, четвертая - электронная волна), открывающая широкие возможности по совершенствованию СИРДП. Неравномерное снижение объемов перевозок по разным участкам железных дорог требует разработки методов дифференцированного подхода к проблеме модернизации и замены эксплуатируемых СИРДП.

Основная цель диссертации состоит в создании единой методологической основы для управления процессами технической эксплуатации систем МРДП в конкретных условиях, в том числе и с учетом плотности регулируемого поездопотока, на отрезке времени от пуска системы в эксплуатацию до ее реконструкции или замены.

Разработаны принципы представления систем ИРДП на определенном участке железной дороги как сложной антропо-технической сис-

темы, качество функционирования которой определяется степенью согласованности целей на разных уровнях иерархии, степенью учета влияния эргатических элементов, реальной надежности технических средств, неравномерности и несинхронности движения поездов.

Построена математическая модель технической эксплуатации отдельной системы ИРДП или комплекса таких систем на базе многоуровневых систем, теории множеств и теории марковских процессов с доходами.

Предложены математические модели надежности и технического обслуживания (ТО) СИРДП. Показано существование оптимума по периодичности профилактик и коэффициенту готовности в системах ИРДП. Предложены методы оптимизации ТО по критериям безотказности и технико-экономическим критериям.

Ссозданы обобщенные теоретико-множественные, вероятностные и нечеткие модели процессов модернизации СИРДП, позволяющие в разной степени учитывать объективную неопределенность полноты обеспеченности работ потребными ресурсами и субъективную оценку неопределенности перечня работ, которые будут фактически выполнены. Разработаны методы оценки эффективности отдельных работ по модернизации СИРДП и методы планирования комплексов таких работ по критерию максимума получаемого технико-экономического эффекта.

На основании исследования процессов старения СИРДП разработаны математические модели этих процессов и эволюции во времени ресурса систем, на базе которых предложены методы оценки рациональных сроков эксплуатации систем до реконструкции или замены по критерию минимума среднегодовых относительных издержек на эксплуатацию.

Разработаны методы прогнозирования надежности элементов в СИРДП и, на основе информации о динамике изменения определяющих параметров, методы нормирования границы поля допусков, а также математические модели взаимного влияния информационных каналов в СИРДП и методы диагностического и профилактического контроля и измерения параметров этих каналов. Создан ряд новых средств измерения и контроля параметров рельсовых цепей.

На основе разработанной экономико-математической модели влияния надежности СИРДП на качество перевозочного процесса предложена методика расчета цены отказа системы, исследованы изменения цены отказа устройств однопутной и двухпутной автоблокировки как функции времени восстановления и степени использования пропускной способности перегона.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Снизить эксплуатационные издержки, связанные с СИРДП, при обеспечении требований к качеству из функционирования можно за счет совершенствования методов управления технической эксплуатацией при использовании более полной и достоверной информации о состоянии системы.

2. При оценке качества функционирования СИРДП целесообразно использовать разработанные методы учета влияния эргатических элементов на работу систем и влияния особенностей системы на качество регулирования.

3. Процессы технической эксплуатации СИРДП за время от ее пуска в работу до списания и замены достаточно разнообразны. Разработка методов управления этими процессами с единых позиций возможна на базе предложенной математической формализации процессов на основе теории множеств, многоуровневых моделей работоспособности сложных систем и марковских процессов.

4. Синтезированные модели надежности и технического обслуживания СИРДП позволяют формализовать процессы ТО и ремонтов систем при разработке методов управления этими процессами.

5. Достигнуть оптимальных или квазиоптимальных значений эксплуатационных затрат на ТО и ремонты при обеспечении необходимого уровня надежности по опасным отказам и достаточного уровня надежности по защитным отказам можно, применяя разработанные методы поиска оптимальных периодичности профилактик или коэффициента готовности системы на базе математического аппарата линейного программирования или марковских управляемых процессов.

6. Старение парка систем ИРДП вызывает увеличение затрат на работы по их модернизации для компенсации действия морального износа второй формы. Количественная оценка эффективности работы по модернизации системы в конкретных условиях ее эксплуатации может выполняться по разработанной методике.

7. Рациональное планирование работ по модернизации СИРДП на конкретном участке железной дороги по критерию максимума технико-экономического эффекта обеспечивают предложенные методы на основе линейного или целочисленного программирования.

8. В условиях увеличения парка изношенных систем ИРДП при ограниченных возможностях железных дорог по инвестициям при сравнении вариантов продолжения эксплуатации системы с внесением каких-либо изменений в методы и режимы технической эксплуатации, реконструкции или списания системы могут быть полезны предложенные методы оценки рациональных сроков эксплуатации СИРДП.

9. Задача оптимизации инвестиционного плана по реконструкциям и заменам СИРДП на участке железной дороги может решаться с применением линейного программирования на основе разработанных рекомендаций.

10. Стратегия восстановления работоспособности СИРДП, которые относятся к территориально рассредоточенным системам, должна по возможности совмещать простоту организации ТО с благоприятным режимом работы пер