СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ ДЛЯ ВНОВЬ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ СТАНЦИЙ И СТАНЦИЙ, ПОДЛЕЖАЩИХ МОДЕРНИЗАЦИИ
A METHOD FOR IMPROVING THE RELIABILITY OF RAILWAY AUTOMATION AND TELEMECHANICS SYSTEMS FOR NEWLY DEVELOPED STATIONS AND STATIONS TO BE UPGRADED

Область техники
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно к способу повышения надежности систем железнодорожной автоматики и телемеханики (далее - ЖАТ) для вновь проектируемых станций при отсутствии статистических данных об их функционировании, а также при модернизации систем ЖАТ путем вариации исходных данных.
Уровень техники
Функционирование инфраструктуры железнодорожного транспорта влияет на реализацию перевозок пассажиров. В процессе устранения отказов возможны задержки в движении поездов. В связи с этим важной характеристикой является величина коэффициента готовности систем ЖАТ, как элементов инфраструктуры. В случае вновь проектируемых станций и станций, подлежащих модернизации, необходимо выполнять прогнозный расчет данного коэффициента, при этом статистические данные о функционировании системы могут быть недоступны.
Из патента РФ №2359857 (опубликовано 27.06.2009 г.) известен способ оптимизации работы железнодорожного транспорта с помощью многоуровневого системного подхода, включающего в себя сбор ключевых данных на каждом из двух уровней и обмен данными с другими уровнями системы.
Данный способ предполагает управление системой железнодорожного транспорта и ее рабочими компонентами, включающими в себя два уровня для оптимизации работы, которые содержат рабочие параметры, задающие рабочие характеристики. При этом рабочие параметры обоих уровней являются взаимозаменяемыми.
Однако данное решение не рассматривает вопросы оценки надежности и готовности вновь разрабатываемых станций, а также не предусматривает оперативную корректировку систем ЖАТ путем вариации исходных данных.
Из патента РФ №2725354 (опубликовано 02.07.2020 г.) известен способ повышения надежности систем ЖАТ, заключающийся в том, что используют исходные данные, хранящиеся на сервере АСУ-Ш-2 - комплексной автоматизированной системе управления хозяйством централизации, сигнализации и блокировки второго поколения, такие как инцидент, фактический уровень риска, допустимая интенсивность отказа технических средств 1 и 2 категорий, фактическая интенсивность отказов технических средств 1 и 2 категорий, в структуру инцидента входят данные об объекте, о типе инцидента, категории отказа технических средств, о классификаторе инцидента 1-го уровня, о классификаторе инцидента 2-го уровня, о дате и времени начала инцидента, о примечании инцидента, о потере поездо-часов, об активе инцидента, при этом вводят сервер приложений, в состав которого входит модуль связи с внешними системами, модуль расчетов, база данных, сайт сервера приложений и таймер, связанный модулем расчетов и модулем связи с внешними системами, сервер приложений принимает при помощи модуля связи с внешними системами указанные данные от сервера АСУ-Ш-2, при помощи модуля расчетов сервер приложений вычисляет для выбранного объекта показатели, такие как интенсивность инцидентов, фактический уровень риска, прогнозный уровень риска, ожидаемую интенсивность инцидентов, проводит анализ Парето, формирует проект плана повышения надежности, оценивает эффективность плана повышения надежности, сервер приложений из модуля расчетов записывает в его базу данных показатели - интенсивность инцидентов, ожидаемую интенсивность инцидентов, проект плана повышения надежности, оценку эффективности плана повышения надежности, которые для выбранного объекта отображает на его сайте и при помощи модуля связи с внешними системами передает на сервер АСУ-Ш-2.
Данное решение нацелено на снижение вероятности возникновения потерь поездо-часов из-за отказов технических средств ЖАТ, а также упрощение и оперативное формирование плана работ по устранению отказов технических средств ЖАТ и оперативной оценке выполнения плана.
Однако, как и в предыдущем случае, рассмотренное решение не позволяет оценить надежность и готовность вновь разрабатываемых станций, а также не предусматривает оперативную корректировку состава аппаратуры ЖАТ путем вариации исходных данных.
Известен способ обеспечения надежности и безопасности функционирования технических средств на железнодорожном транспорте УРРАН (интернет-ресурс http://eav.ru/publ1.php?publid=2014-09а07. Международное информационно-аналитическое обозрение «Евразия Вести», ноябрь 2014 г.; просмотрено 15.10.2021 г.), принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, заключающийся в том, что используют сервер, имеющий базу данных с исходными данными, модуль расчета, модуль визуализации исходных и расчетных данных, при этом в качестве исходных данных используют сведения о типах и количестве элементов системы ЖАТ, а в качестве эталонного объекта (далее - ЭО) берут эталонный комплекс технических средств управления стрелкой (далее - ЭКС), далее с помощью модуля расчетов вычисляют значения допустимой, проектной и фактической интенсивности отказов для каждого ЭО ЭКС, затем определяют расчетные значения интенсивности отказов системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации, учитывая допустимое значение времени до восстановления работоспособности технических средств ЖАТ и систему поправочных коэффициентов, в которую входят коэффициент оснащения, коэффициент нагруженности участка и климатический коэффициент, далее вычисляют коэффициент готовности систем ЖАТ, с помощью модуля визуализации расходных и расчетных данных выводят информацию.
На основании представленной информации делают вывод о надежности функционирования системы ЖАТ.
Поправочный коэффициент оснащения участка характеризует зависимость технических и надежностных показателей средств ЖАТ на конкретном участке от состава технических средств. Поправочный климатический коэффициент учитывает влияние климатических особенностей района. Поправочный коэффициент нагруженности участка зависит от интенсивности работы аппаратуры, следовательно, от категории участка.
Сравнение допустимого и проектного уровней выбранных показателей позволяет оценить удовлетворяет ли надежность технических средств перегонов и станций требованиям перевозочного процесса или те подлежат модернизации.
Сопоставление проектного и фактического уровней этих показателей информирует о том, насколько эксплуатационные подразделения обеспечивают изначально заложенные в технических средствах показатели надежности при проведении регламентных и восстановительных работ.
Сравнение допустимого и фактического уровней дает возможность определить соответствие последнего из них требованиям перевозочного процесса.
В качестве допустимого значения среднего времени до восстановления работоспособности технических средств ЖАТ принимается регламентное время восстановления для каждого перегона и каждой станции.
В итоге, допустимое значение коэффициента готовности систем ЖАТ определяется, исходя из требований перевозочного процесса.
Таким образом, при наличии объективных исходных данных, рассмотренный способ обеспечения надежности и безопасности УРРАН позволяет анализировать эффективность работы средств ЖАТ с различным уровнем детализации. В частности, на этапе проектирования можно оценить целесообразность применения той или иной системы ЖАТ на конкретном участке дороги, а в процессе эксплуатации - качество технического обслуживания на различных уровнях хозяйства автоматики и телемеханики (станция, перегон, цех, линейно-производственный участок, дистанция, дорога, сеть в целом). Можно также планировать эксплуатационные расходы на содержание средств ЖАТ с целью минимизации стоимости жизненного цикла.
Технической проблемой заявляемого изобретения является дальнейшее развитие рассмотренного способа обеспечения надежности и безопасности функционирования технических средств на железнодорожном транспорте УРРАН и создание способа повышения надежности систем ЖАТ для вновь разрабатываемых станций и станций, подлежащих модернизации, позволяющего проводить оценку эффективности реализации технической эксплуатации систем ЖАТ, исследовать в виртуальной среде эффективность функционирования систем ЖАТ при варьировании их характеристик.
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом настоящего изобретения является дальнейшее повышение точности определения готовности систем ЖАТ за счет использования дополнительного поправочного коэффициента, учитывающего тип элемента системы ЖАТ, использования в качестве исходных данных однониточного плана станций и эквивалентной ему схемы взаимосвязи ЭО с типовыми элементами системы ЖАТ, проведения расчетов для каждого из ЭО однониточного плана станций.
Технический результат достигается при использовании способа повышения надежности систем ЖАТ для вновь разрабатываемых станций и станций, подлежащих модернизации, заключающегося в том, что используют сервер, имеющий базу с исходными данными, модуль расчета, модуль визуализации исходных и расчетных данных, при этом в качестве исходных данных используют сведения о типах и количестве элементов системы ЖАТ, а в качестве ЭО берут ЭКС, далее с помощью модуля расчетов вычисляют значения интенсивности отказов ЭО ЭКС для эталонных и фактических условий эксплуатации с использованием системы поправочных коэффициентов, в которую входят коэффициент оснащения, коэффициент нагруженности участка и климатический коэффициент. После этого вычисляют значения интенсивности отказов системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации с учетом времени до восстановления работоспособности технических средств ЖАТ. Далее вычисляют коэффициент готовности систем ЖАТ и с помощью модуля визуализации исходных и расчетных данных выводят информацию. При этом в качестве исходных данных также используют однониточный план станций, на основе которого определяют схему размещения ЭО, замещающих соответствующие элементы системы ЖАТ. С помощью модуля расчетов вычисляют значение интенсивности отказов в фактических условиях эксплуатации для каждого ЭО из однониточного плана станции и выполняют данные вычисления для всех ЭО из однониточного плана станции, которые далее используют для вычисления значений интенсивности отказов системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации и коэффициента готовности систем ЖАТ. При этом в системе поправочных коэффициентов используют также поправочный коэффициент типа элемента системы ЖАТ. При необходимости производят корректировку исходных данных за счет корректировки аппаратуры ЖАТ для ее соответствия требованиям надежности.
Использование дополнительного поправочного коэффициента типа элемента системы ЖАТ позволяет внести уточняющие корректировки в расчеты при переходе от расчетов для эталонных условий эксплуатации к фактическим условиям.
Внедрение однониточного плана станции и проведение расчетов для каждого отдельного ЭО, расположенного на нем, также позволяет учесть особенности ЭО на каждом участке железнодорожного пути и отследить влияние каждого из них на итоговое значение коэффициента готовности систем ЖАТ, что делает заявляемый способ наглядным и адаптивным в использовании.
Заявляемый способ позволяет не только получить расчетное значение коэффициента готовности систем ЖАТ при отсутствии статистических данных об их функционировании, но и спрогнозировать коэффициент готовности систем ЖАТ для различных вариантов модернизации системы ЖАТ путем вариации и корректировки исходных данных, что в итоге обеспечивает высокий уровень надежности и безопасности аппаратуры ЖАТ.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показана блок-схема расчета коэффициента готовности системы ЖАТ на станции;
На фиг. 2 показана плотность треугольного распределения, используемого при расчете среднего времени до восстановления системы ЖАТ;
На фиг. 3а показан первый лист файла с сохраненной информацией о системе ЖАТ, по которой проводился расчет;
На фиг. 3б показан второй лист файла с сохраненной информацией о системе ЖАТ, по которой проводился расчет.
Определение расчетных значений показателей надежности, включая коэффициент готовности систем ЖАТ, осуществляют с использованием сервера с базой исходных данных, модулем расчета и модулем визуализации исходных и расчетных данных, при этом с помощью модуля расчета вычисляют показатели надежности для отдельных ЭО с учетом наличия однониточного плана станций и эквивалентной схемы взаимосвязей ЭО и аппаратуры ЖАТ в процессе функционирования.
Заявляемый способ должен применяться отдельно для каждой системы ЖАТ на участке. Для его реализации используют наличие набора исходных данных в виде ряда массивов.
По однониточному плану станций подсчитывают количество ЭО с учетом границ по изолированным стыкам. Для выбора значений поправочных коэффициентов используют сведения о напольном оборудовании из типовых альбомов.
Промежуточные результаты расчета сохраняют в виде массивов.
Эталонный объект (ЭО) - типовой, наиболее распространенный на сети дорог элемент соответствующих систем ЖАТ.
В качестве эталонного объекта (ЭО) систем электрической централизации рассматривают эталонный комплекс технических средств управления стрелкой (ЭКС).
ЭКС содержит следующие основные элементы:
- устройство обеспечения логической зависимости;
- комплект переводных и замыкающих устройств;
- устройство управления и контроля;
- устройство электропитания.
Согласно фиг. 1, расчет коэффициента готовности системы ЖАТ состоит из следующих этапов:
1. Представление исходных данных. В качестве исходных данных используют сведения о типах, количестве элементов системы ЖАТ, однониточный план станций и спецификацию оборудования.
2. Определение расчетных значений показателей надежности функционирования отдельных ЭО в фактических условиях эксплуатации, а именно определение расчетной интенсивности отказов ЭО в фактических условиях эксплуатации. При этом для расчета используются показатели, характеризующие различные фактические условия эксплуатации, а также система соответствующих поправочных коэффициентов.
3. Определение расчетных значений показателей надежности функционирования системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации, а именно определение расчетного значения интенсивности отказов системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации. Расчет базируется на анализе структуры взаимосвязей ЭО в процессе их функционирования в системе ЖАТ с учетом расчетных значений показателей надежности функционирования ЭО в фактических условиях эксплуатации.
4. Вычисление расчетного значения коэффициента готовности системы ЖАТ.
Представление исходных данных включает в себя:
ЭО
-5
1. В качестве исходных данных, учитывающих интенсивность отказов, для расчета используют интенсивность отказов ЭО в эталонных условиях эксплуатации [λ], которая составляет 4,38*10 l/ч.
2. На основе однониточного плана станции определяют совокупность и схему размещения ЭО, замещающих соответствующие элементы системы ЖАТ согласно следующему алгоритму:
- в однониточном плане станции выделяют изолированные участки (стрелочные и бесстрелочные);
- каждый участок заменяют ЭО, который изображают в виде прямоугольника;
- все полученные ЭО нумеруют сквозной нумерацией;
- для каждого ЭО составляют перечень характеристик замещаемого им реального элемента системы ЖАТ;
- составляют схему размещения ЭО по плану станции путем изображения ЭО в порядке их размещения на плане станции с учетом присвоенной им нумерации.
3. Приводят сведения об используемой на станции системе ЖАТ, а также о фактических условиях эксплуатации.
Определение расчетной интенсивности отказов ЭО в фактических условиях эксплуатации включает в себя:
ЭО
1. Исходные данные для определения расчетной интенсивности отказов каждого ЭО в фактических условиях эксплуатации включают в себя необходимые сведения о системе ЖАТ, а также расчетную интенсивность отказов ЭО в эталонных условиях эксплуатации [λ].
ЭО
ЭО
2. Расчетную интенсивность отказов ЭО в фактических условиях эксплуатации <λ> определяют путем корректировки, применяемой по отношению к расчетной интенсивности отказов ЭО в эталонных условиях эксплуатации [λ].
3. Корректировку осуществляют с помощью системы поправочных коэффициентов, уточняющих условия применения каждого ЭО в конкретной системе ЖАТ в фактических условиях эксплуатации.
4. Система поправочных коэффициентов включает в себя следующий перечень:
т
- k - поправочный коэффициент типа элемента системы ЖАТ;
o
- k - поправочный коэффициент оснащенности участка;
к
- k - поправочный климатический коэффициент;
н
- k - поправочный коэффициент нагруженности участка железной дороги.
т
тi
Поправочный коэффициент типа элемента k системы ЖАТ служит для учета различной элементной базы, используемой в реальных элементах ЖАТ. Он представляет собой произведение частных поправочных коэффициентов k, учитывающих различные характеристики отдельных элементов ЖАТ:
Поправочный коэффициент оснащенности участка характеризует зависимость технических и надежностных характеристик используемой на конкретной станции системы ЖАТ от структуры взаимосвязей элементов между уровнями управления. Он включает в себя частные поправочные коэффициенты, учитывающие оснащенность:
o1
- устройствами обеспечения логической зависимости - k;
o2
- комплектами переводных и замыкающих устройств - k;
o3
- устройствами управления и контроля - k;
o4
- устройствами электропитания - k.
Результирующий коэффициент представляет собой произведение частных коэффициентов:
к
Поправочный климатический коэффициент k служит для учета влияния климатических особенностей района применения на надежность функционирования аппаратуры системы ЖАТ.
н
Поправочный коэффициент нагруженности участка железной дороги k учитывает количество и характер использований аппаратуры системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации для реализации управления. Количество реализаций управляющих воздействий зависит от размеров и характера движения поездов на участке, где функционирует исследуемая система ЖАТ, а, следовательно, зависит от класса железнодорожной линии.
ЭО
После определения значений поправочных коэффициентов вычисляют значение расчетной интенсивности отказов отдельного ЭО в фактических условиях эксплуатации <λ> с использованием расчетной формулы:
ЭО
Процесс вычисления <λ> повторяют для всех ЭО из однониточного плана станции.
Определение расчетного значения интенсивности отказов системы ЖАТ в фактических условиях эксплуатации включает в себя:
1. Вычисление результирующего значения интенсивности отказов системы ЖАТ по формуле:
2. Вычисление общего коэффициента, единого для всех ЭО:
3. Вычисление результирующего коэффициента для ЭО:
4. Вычисление расчетного значения интенсивности отказов системы ЖАТ:
Расчетную величину времени до восстановления системы ЖАТ выполняют на основе максимального и минимального значений регламентного времени устранения отказов отдельных видов технических средств, либо на основе данных о максимальном и минимальном времени выполнения работы.
Данную оценку рассматривают как случайную величину с треугольным законом распределения (фиг. 2).
k
н
Треугольное распределение возможно применять, если случайные величины имеют ограниченную область возможных значений (t, t), в том числе для описания длительности выполнения работ.
Плотность распределения, представленную на фиг. 2, описывают соотношением:
k
н
где t, t - максимальное и минимальное из регламентных времен устранения отказа для отдельных видов технических средств (максимальная или минимальная длительность работы), входящих в объект ЖАТ.
н
В практике принято применять нормированное треугольное распределение, когда t соответствует:
В этом случае оценку регламентного времени устранения отказа объекта ЖАТ определяют значением нормированной моды треугольного распределения из соотношения:
Определение расчетного значения коэффициента готовности системы ЖАТ включает в себя следующее.
В качестве исходных данных для расчета значения коэффициента готовности системы ЖАТ используют расчетное значение интенсивности отказов системы ЖАТ и расчетное значение среднего времени до восстановления системы ЖАТ.
Расчетное значение коэффициента готовности системы ЖАТ на станции в фактических условиях эксплуатации вычисляют по формуле:
Соответствие подтверждается умеренным уровнем корреляции результатов расчета по алгоритму на тестовых наборах с фактическими результатами функционирования объектов ЖАТ.
Согласно фиг. 1, в расчете коэффициента готовности систем ЖАТ используют большое количество коэффициентов, учитывающих различные аспекты функционирования системы ЖАТ в конкретных условиях эксплуатации. Эти коэффициенты заносят в соответствующие массивы, которые должны быть загружены до начала расчета в соответствии с операцией 2. Содержимое массивов одинаково для всех типов систем ЖАТ, для которых выполняют расчет. Но для каждой системы ЖАТ будет выполняться выборка определенных коэффициентов.
Перед тем, как выполнить расчет коэффициента готовности системы ЖАТ, в соответствии с операцией 3 осуществляют ввод необходимых данных о системе ЖАТ и условиях ее применения. Эти данные включают в себя исходные расчетные величины, а также сведения, необходимые для последующего выбора коэффициентов из соответствующих массивов. А также данные о регламентном времени устранения отказов отдельных видов устройств ЖАТ на станции.
На основе данных, полученных в результате операций 2 и 3, выполняют расчет коэффициента готовности системы ЖАТ с помощью соответствующих формул.
Результат расчета коэффициента готовности системы ЖАТ округляют до пятого знака.
Исходные и расчетные данные коэффициента готовности системы ЖАТ с помощью модуля визуализации выводятся на экран.
Новое вычисление выполняется в случае, если производится корректировка аппаратуры ЖАТ, что приводит к изменению элементов из набора данных, вводимых в ходе операции 3.
Файл сохраняется в текстовом редакторе с указанием данных объектов станции, введенных ранее, а также коэффициента готовности (фиг. 3а, фиг. 3б).
В результате выполнения алгоритма на конкретном наборе исходных данных получается расчетное значение коэффициента готовности системы ЖАТ, который может быть вычислен для различных условий эксплуатации и различных вариантов модернизации путем редактирования исходных данных.
Таким образом, становится возможным определение и обеспечение высокого уровня надежности и безопасности систем ЖАТ для проектируемых и модернизируемых станций даже при отсутствии статистических данных об их функционировании.