Принципы управления надёжностью систем железнодорожной автоматики и телемеханики

Кайнов В.М, , Безродный Б.Ф., Горелик А.В.,Неваров П.А., Шалягин Д.В.

ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ НАДЁЖНОСТЬЮ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Безотказная работа устройств железнодорожной автоматики и телемеханики является основой для обеспечения заданного уровня пропускной и провозной способности железных дорог [1]. Оценка качества работы хозяйства автоматики и телемеханики напрямую зависит от количества отказов устройств СЦБ и определяется динамикой числа отказов. При сокращении числа отказов по сравнению с предыдущим периодом работа дистанций СЦБ и хозяйства в целом обычно признается удовлетворительной. В противном случае работа хозяйства СЦБ признаётся неудовлетворительной.

При таком подходе не учитывается возможность возникновения внезапных отказов, а также последствия отказов устройств СЦБ с точки зрения экономической эффективности и обеспечения заданного уровня пропускной и провозной способности. Поэтому предлагается новый подход к оценке деятельности подразделений всех уровней хозяйства автоматики и телемеханики с точки зрения обеспечения безотказной работы устройств ЖАТ. Он основан на нормировании возможного количества отказов, которые допустимы с учётом конкретных условий эксплуатации для заданного участка, станции, дистанции, дороги или службы в целом. При этом руководитель любого уровня будет знать нормативное значение количества отказов, которое является по условиям эксплуатации допустимым.

Для практической реализации такого подхода необходимо решить непростую научную задачу по определению нормативных значений количества отказов за заданный промежуток времени для различных по величине технологических систем. Этот показатель зависит от многих факторов: требуемого значения про-

пускной и провозной способности, характеристик процесса технического обслуживания, качества эксплуатации аппаратуры, соответствия технических требований, предъявляемых к аппаратуре фактическим параметрам и ряда других показателей.

Для решения поставленной задачи предлагается модель управления надёжностью устройств и систем ЖАТ [2], которая может применяться на любом иерархическом уровне систем и устройств ЖАТ. Данная модель позволяет не только получить нормированное значение числа отказов, но и выявлять причины несоответствия уровня надёжности заданным требованиям, а также планировать мероприятия, обеспечивающие с эксплуатационной и экономической точек зрения необходимый уровень надёжности, как отдельных устройств СЦБ, так и систем в целом. Таким образом, использование предлагаемой модели позволит управлять надежностью систем и устройств ЖАТ.

Модель построена на принципах теории массового обслуживания [3]. Предлагаемая модель управления надёжностью устройств ЖАТ может быть проиллюстрирована в виде модели обслуживающего прибора, представленной на рис. 1.

Поток отказов Р2

Л

Входящий поток

передвижений Р,

Исходящий поток передвижений Р3

Обслуживающий прибор

Рис. 1 - Модель обслуживающего прибора

Рассмотрим применение этой модели для станции, но аналогичным образом могут быть рассмотрены перегоны, участки диспетчерского управления, зоны работы дистанций и т.д.

На вход прибора поступают два потока независимых простейших заявок на обслуживание: входящий по-

ток передвижений Рх, как случайный поток заявок на обслуживание, который включает в себя заявки на установку поездных и маневровых маршрутов для данного участка, и поток отказов устройств ЖАТ Р2, которые проявляются также случайным образом. Выходным потоком обслуживающего прибора будет являться соответствующий исходящий поток реализованных передвижений Рз.

В зависимости от интенсивности отказов устройств ЖАТ будет изменяться соотношение между входящим Рх и исходящим Рз потоками передвижений. При отсутствии отказов значение интенсивности исходящего потока передвижений л будет равно значению интенсивности входящего потока передвижений X . При возникновении отказов параметры потоков меняются. В зависимости от того, какой элемент напольного оборудования или постовой аппаратуры отказал, реализация маршрутов замедляется, что может привести к снижению пропускной способности моделируемого участка. В результате возникают задержки поездов, входящий поток передвижений Рх уплотняется и становится более интенсивным. Вследствие этого снижается интенсивность исходящего потока передвижений л • Характеристики потоков Рх, Р2, Рз существенно зависят от топологического развития участка или станции и функциональной значимости того или иного элемента, отказ которого произошел [3, 4, 5] . Поэтому необходимо учитывать не только потоки передвижений, но и отказы устройств с учетом значимости отказавших элементов.

С точки зрения теории массового обслуживания интенсивность входящего потока передвижений Рх можно рассматривать как постоянную величину Х = сож1 , интенсивность потока отказов Р2 представить как Х^^. , а интенсивность исходящего потока передвижений Рз - л • Интенсивность потока отказов устройств

СЦБ не будет влиять на пропускную способность станции если будет выполняться соотношение: X < л ,

исходя из которого для конкретного участка может быть рассчитано нормированное значение интенсивности отказов Х^тк , при котором это соотношение будет выполняться.

При расчёте нормированного значения интенсивности отказов Х^тк также следует учитывать и то, что интенсивность потока отказов Хотк зависит от интенсивности потоков передвижений, в частности, увеличение входящего потока передвижений X приводит к увеличению интенсивности отказов ХНтк :

ХТ = 1 (X, л, у).

Дисциплина обслуживания у в предложенной модели определяется множеством параметров, которые необходимо учесть для расчёта нормированного значения интенсивности отказов ^Хт< :

у= 1 (в, А, М, И,У ,Тр,...) ,

где О - показатель живучести системы, А - характеристика топологического развития участка, М - параметр множества маршрутных передвижений по участку, И - характеристика технических средств, с

учётом способов их резервирования, V

средняя скорость движения поездов на участке

, Тр

время

устранения отказов.

Существуют и другие параметры, влияющие на дисциплину обслуживания у .

Расчёт нормированного значения интенсивности отказов ЛЦтк позволяет определить допустимое значение числа отказов для заданного участка. Кроме того, для управления надежностью систем ЖАТ необходимо провести анализ соотношения значений фактической интенсивности отказов Лфк и расчётной интенсивности отказов Лтк •

Фактическое значение интенсивности отказов Лфш определяется статистическим путём на основании данных, полученных из АСУ-Ш2 по методам, представленным в [ 6]. Для определения расчетного значения

виде структурной схемы надежности, состоящей из подсистем. Каждая подсистема представляется в виде структурной схемы надежности устройств, а каждое устройство, в свою очередь, - в виде структурной схемы надежности элементов (рис. 2) . Структурные схемы надежности составляются в соответствии с [ 7] с учетом топологии анализируемого участка, наличия и кратности резервирования и функциональной взаимозаменяемости и взаимозависимости используемых систем и устройств ЖАТ.

Таким образом, по полученным значениям интенсивностей отказов, можно сформулировать основные принципы управления надёжностью систем ЖАТ (рис. 3):

1. По результатам расчета нормированное значение интенсивности отказов ЛЦтк меньше расчетного

значения интенсивности отказов

Л . Проектируемая или существующая техническая система не соответствует требованиям по надежности и необходима её замена, модернизация или внесение изменений в проект.

2. Нормированное значение интенсивности отказов Л"тк больше, чем расчетное значение интенсивности

отказов ЛЦтк . Проектируемая или существующая система соответствует требованиям по надежности и в данных условиях эксплуатации возможно ее использование с менее высокими требованиями по надежности.

1—[га] [пГ]— —ІП10І— —1 П7 1—| ЦгшН

—ІП11— —1 П4 | 1

—ШЕ—

Обе л ужі іва ю и 11 їй 11 рі ібор

Уб У7

У2 У1 УЗ •

О-

У4 У8

Э4]

I эб I ‘

Рис. 2 - Структурная схема надёжности обслуживающего прибора

3. Фактическая интенсивность отказов Лф„ меньше расчетного значения интенсивности отказов Лр„ •

отк ^ отк

Технология технического обслуживания с запасом обеспечивает требуемый уровень по надежности и возможна оптимизации такой системы.

4. Фактическая интенсивность отказов Лф„ больше расчетного значения интенсивности отказов ЛЛт„ •

отк ^ отк

Либо технические характеристики аппаратуры не соответствуют нормативным (например, большой износ оборудования), либо техническое обслуживание проводится на недостаточном уровне.

Рис. 3 - Управление надёжностью систем ЖАТ

Предложенная модель позволяет разработать автоматизированную систему управления надёжностью систем ЖАТ, обеспечивающую комплексный подход к нормированию и оценке показателей надёжности устройств СЦБ •

интенсивности отказов Лр^к необходимо соответствующую систему (обслуживающий прибор) представить в

ЛИТЕРАТУРА

1. Устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта: В 2 ч. Под ред. Д.В. Шалягина. - М.: Маршрут, 2006. Ч. 1: 587 с.

2. Безродный Б.Ф., Горелик А.В., Неваров П.А., Орлов А.В., Шалягин Д.В.. Модель анализа экономического ущерба при отказах устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. - М.: РГОТУПС, 2007. Деп. в ВИНИТИ, № 1122-В2007. 7 с.

3.Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. - М.: Машиностроение, 1979.

4. Шалягин Д.В. Эксплуатационно-технические показатели средств управления на железнодорожном транспорте. Транспорт: Наука, техника, управление. Научно-информационный сборник. ВИНИТИ РАН, №8. С.

5 - 7.

5. Горелик А.В., Савченко П.В. Живучесть станционных систем железнодорожной автоматики // НТТ -Наука и техника транспорта. 2007. №1. С. 54-57.

6. ГОСТ Р 51901.16-2005 Менеджмент риска. Повышение надежности. Статистические критерии и методы оценки.

7. ГОСТ Р 51901.14-2005 Менеджмент риска. Метод структурной схемы надежности.