Совершенствование системы технической эксплуатации локомотивов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Чаплинский, Сергей Игоревич

• Чаплинский, Сергей Игоревич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чаплинский, Сергей Игоревич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В

ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.

1.1. Эффективность эксплуатации локомотивов.

1.2. Локомотив как организационно-техническая система.

1.3. Анализ процессов технической эксплуатации комплекса технических средств локомотива.

1.4. Задачи управления процессами технической эксплуатации

1.5. Системы информационной поддержки принятия решений и требования к ним.

1.6. Постановка задачи создания методики проектирования систем управления технической эксплуатацией локомотивов.

Глава 2. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ

ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ ЛОКОМОТИВОВ.

2.1. Методы анализа сложных организационно-технических систем

2.2. Формальный аппарат анализа сложных организационно-технических систем.

2.3. Модели эксплуатационных процессов в сложных организационно-технических системах.

2.3.1. Применение конкретного уровня комбинированного аппарата для моделирования эксплуатации локомотивов.

2.3.2. Анализ расширений сетей Петри.

2.3.3. Модификация сетей Петри для анализа организационно-технических систем.

Выводы по второй главе.

Глава 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ

СОСТОЯНИЕМ ЛОКОМОТИВОВ.

3.1. Модели принятия решений.

3.2. Информационное обеспечение системы управления техническим состоянием локомотивов.

3.2.1. Анализ информации, используемой в системах управления

3.2.2. Способы представления информации.

3.2.3. Алгоритм структурирования информации.

3.2.4. Информационное обеспечение моделирования процессов

3.3. Методика проектирования систем управления техническим состоянием локомотивов.

3.4. Математическая модель управления техническим состоянием локомотивов.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ЛОКОМОТИВОВ.

4.1. Показатели, характеризующие контролепригодность локомотива

4.2. Методика выбора номенклатуры узлов и агрегатов, подлежащих диагностированию.

4.3. Формализация процесса технического диагностирования.

4.4. Постановка задачи планирования технического обслуживания локомотивов.

4.5. Модель формирования множества заявок на техническое обслуживание.

Выводы по четвертой главе.

Глава 5. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДЛЯ

ЛОКОМОТИВОВ.

5.1. Выбор номенклатуры узлов и агрегатов, подлежащих диагностированию.

5.2. Требования к системам технического диагностирования.

5.3. Построение системы технической диагностики локомотивов

5.4. Эксплуатационные испытания элементов управления техническим состоянием локомотивов.

Выводы по пятой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование системы технической эксплуатации локомотивов»

Локомотив рассматривается как сложная автономная многофункциональная организационно-техническая система. Выполнение возложенных на локомотив задач должно обеспечиваться эффективной эксплуатацией комплекса его технических средств. Под эксплуатацией понимается комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на обеспечение наиболее эффективного использования локомотива по его назначению и поддержание его высокой технической готовности. Настоящая работа посвящена рассмотрению вопросов управления технической эксплуатацией локомотивов, являющейся основной составляющей эксплуатационного процесса.

Актуальность диссертации определяется решением задач рационального и экономичного расходования всех видов ресурсов, снижения их потерь, ускоренного перехода к ресурсосберегающим технологиям и повышения безопасности движения поездов.

Повышение эффективности процесса технической эксплуатации может быть достигнуто двумя путями:

- первый связан с повышением технического уровня системы технической эксплуатации, совершенствованием элементов этой системы, в том числе создания высокотехнологических и надежных узлов и агрегатов для подвижного состава, создания для ремонта и обслуживания локомотивов современных средств контроля параметров и технической диагностики;

- второй путь предлагает совершенствование системы управления эффективностью процесса технической эксплуатации, в том числе обоснования программ по техническому обслуживанию и текущему ремонту тягового подвижного состава, создания программ прогнозирования остаточного ресурса оборудования на базе внедрения автоматизированных систем управления локомотивным хозяйством.

Решение конкретной задачи по эксплуатации комплекса технических средств обеспечивается совокупностью технических систем, использующих общие ресурсы.

Все проблемы, возникающие при выполнении локомотивом назначенных функций, должны решаться силам локомотивной бригады в условиях случайного характера внешних возмущений. Сложность согласованного управления локомотивными определяется взаимной зависимостью задач, систем и ресурсов, дефицитом ресурсов и времени, противоречивостью частных эксплуатационных критериев, значительным объемом документации, неполнотой информации о состоянии систем, автономностью локомотива и постоянным усложнением техники. Указанные причины часто требуют принятия решений машинистом в неоднозначных ситуациях.

Кроме того, иногда приходится решать задачи технической эксплуатации в условиях снижения уровня готовности технических средств, происшедшего вследствие тех или иных повреждений оборудования. Особенно сложно принимать рения в аварийных режимах, когда управляющее воздействие может привести к катастрофическим последствиям.

Развитие систем управления техническим состоянием локомотивов создало предпосылки для управления процессами технической эксплуатации с использованием вычислительной техники. Такими предпосылками являются:

- обеспечение систем управления техническим состоянием подсистемами централизованного сбора и обработки данных о состоянии технических средств для контроля и управления ими;

- применение в системах управления техническим состоянием средств вычислительной техники, в частности, создание информационно-управляющих систем с распределенной структурой;

- разработка и внедрение компьютерных средств и систем технического диагностирования.

Необходимость согласованного управления множеством различных взаимосвязанных систем для одновременного решения множества разнородных задач при выполнении назначенных функций наряду с указанными факторами обусловили актуальность разработок систем интеллектуальной поддержки процессов технической эксплуатации локомотивов. Следует отметить, что переход к автоматическим системам управления технической эксплуатацией, исключающим человека-оператора из процесса управления, пока проблематичен. Системы интеллектуальной поддержки должны ограничиваться выработкой рекомендаций, а принятие решений и ответственность за последствия их реализации следует возлагать на лицо, принимающее решения — машиниста локомотива.

Большой вклад в теоретическое обоснование вопросов управления процессами сложных систем внесли В.К.Дедков, Н.А.Северцев, Е.Ю.Барзилович, В.А.Каштанов, В.Ф.Воскобоев, С.И.Драницын.

Общетехнические и теоретические вопросы моделирования сложных систем разработаны в трудах Н.П.Бусленко, В.В.Калашникова, М.А.Месаровича, Д.А.Поспелова, Г.Л.Баранова, А.В.Макарова, Н.Г.Малышева.

Формализованные подходы к представлению различных аспектов функционирования сложных систем рассмотрены в работах В.Е.Котова, В.В.Васильева, В.В.Кузьмука, А.А.Лескина, Дж.Питерсона и др.

Вопросы представления информации и построения систем принятия решений отражены в трудах А.А.Башлыкова, И.Ю.Юсупова, Д.Майера, Ш.Атре, Д.Мартина.

Методологические основы построения сложных автоматических систем информационной поддержки процессов эксплуатации изложены в работах С.Н.Турсунова, В.В.Антипова, Р.Э.Кузьмина. Работы этих и других ученых составляют основу настоящего исследования.

Наиболее известные работы в области совершенствования системы ремонта локомотивов В.А.Четвергова, Е.С.Павловича, А.В.Горского, А.А.Воробьева, Ю.Е.Просвирова, Н.Н.Капранова, В.И.Седова, А.Б.Подшивалова, А.А.Чернякова. Она охватывают вопросы надежности тягового подвижного состава, обоснование рационального ремонтного цикла и его стоимости. На базе выполненных исследований и в развитие актуальной темы совершенствования системы ремонта локомотивов, при помощи математических моделей управления техническим состоянием тягового подвижного состава и анализа издержек по всему жизненному циклу оборудования в работе предлагается строить рациональный цикл ремонта локомотивов с учетом фактического технического состояния локомотивов.

Анализ существующих систем, предназначенных для решения задач управлении я эксплуатацией локомотивов, показал, что подобные системы обеспечивают решение ограниченного круга задач и предполагают значительный объем процедур, выполняемых вручную. Многофункциональность локомотива, многовариантность и взаимозависимость принятия решений и возложенных на локомотив задач, взаимосвязь бортовых систем и общность энергетических ресурсов требуют создания единых систем управления всем комплексом эксплуатационных процессов.

Постановка задачи исследования сводится в отсутствии законченных разработок в области создания локомотивных информационно-вычислительных систем, основанных на системном подходе и обеспечивающих согласованное управление разноплановыми процессами эксплуатации многофункционального комплекса технических средств с единых методологических позиций.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Чаплинский, Сергей Игоревич

Выводы по пятой главе

1. Создана комплексная система технической диагностики как большая информационная система, которая позволяет на единой методологической базе объединить цеховые, бортовые и стационарные диагностические комплексы;

2. Разработана структурная схема системы технической диагностики как информационная открытая для взаимодействия с существующими и разрабатываемыми устройствами, используемыми на локомотивах и на ремонтных предприятиях;

3. При использовании предложенной системы улучшается информационное обеспечение решений по нормированию, выработке организационно-технических мер, направленных на улучшение показателей работы локомотивов и совершенствование технологии их ремонта;

4. Выполнены эксплуатационные испытания элементов комплексной системы технической диагностики, которые подтвердили правильность исходных положений и полученных результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена важная народно-хозяйственная задача по разработке стратегии технической эксплуатации и технического обслуживания локомотивов, обеспечивающих заданное управление показателями качества технического обслуживания и текущего ремонта локомотивов с использованием средств технического диагностирования для повышения эффективности использования трудовых, материальных и технических ресурсов.

Решение поставленных задач, выполнено исходя из принципов системного подхода на основе математических моделей физических процессов, происходящих при эксплуатации локомотивов.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования направлены на разработку новых моделей технической эксплуатации и технического обслуживания локомотивов с учетом результатов стационарного и оперативного диагностирования в системе контроля технического состояния локомотивов депо.

В процессе решения поставленных задач получены следующие результаты:

1. Рассмотрение причин отказов локомотивного оборудования дает основание утверждать, что частота возникновения неплановых ремонтов практически постоянна в течение времени эксплуатации локомотивов и действующая система планово-предупредительных ремонтов не в состоянии обеспечить полное восстановление технического ресурса локомотива и является типичной системой с накоплением неисправностей.

2. Используя модифицированные сети Петри, разработана модель и на ее основе комплексный подход к определению межремонтных пробегов с учетом постепенных и внезапных отказов, в качестве основных управляющих параметров используются допускаемые отклонения параметров при диагностировании, технических осмотрах и текущих ремонтах локомотивов.

3. Разработана математическая модель и алгоритм управления техническим состоянием оборудования локомотива. Целевая функция оптимизации ремонтного цикла локомотива строится с применением критерия минимума издержек или максимума безотказной работы, связанных с пробегом до следующего вида обслуживания или ремонта и издержками, связанными с устранением отказов, предупредительным ремонтом и диагностированием.

4. Предложена система показателей ремонтопригодности локомотива на стадии проектирования и эксплуатации, повышение уровня контролепригодности локомотива позволит расширить объем информации о техническом состоянии локомотива и реально осуществить управление процессом технической эксплуатации, а также упростить процесс принятия решений по эксплуатации этих систем.

5. Разработана методика выбора узлов и агрегатов локомотивов подлежащих диагностированию, учитывающая удельные затраты на восстановление отказавшего узла или агрегата. Достоверность правильности выбора лимитирующих узлов и агрегатов не превышает 4 . 6 %.

6. Предложена методика структурирования информации, дополняющая известные методы и алгоритмы приведения баз данных к нормальной форме формализованным построением отношений-справочников и вторичных отношений-связок, существенно повышающим целостность накопленной диагностической информации. Вероятность получения и передачи достоверной информации достигает 97 %.

7. Усовершенствована структура и алгоритмы для подсистем диагностики (бортовой, внешней и контрольно-проверочной), позволяющие определить классы и подклассы систем технической диагностики в автоматизированной системе контроля и диагностики локомотивов, что дает возможность уменьшить внезапные отказы локомотивного оборудования в 1,7 . 2 раза.

8. Методика построения системы управления технической эксплуатацией, обобщающая полученные результаты и позволяющая проектировать системы, обеспечивающие комплексное решение эксплуатационных задач путем координированного управления технической эксплуатацией локомотивов, дает возможность в среднем сократить число плановых ремонтов на 15 . 20 %, число неплановых ремонтов на 50 . 60 % и повысить межремонтные пробеги на 30 . 40 %.

9. Разработанные в диссертации методы и модели были реализованы при создании системы управления эксплуатацией и техническим обслуживанием локомотивов компаний-операторов. Наибольший эффект от внедрения предлагаемой системы управления технической эксплуатацией локомотивов достигается тогда, когда основной целью ее использования ставится задача определения фактического технического состояния локомотива, а не объем предстоящего ремонта.

10. Подтвержденный экономический эффект от внедрения только бортового оборудования непрерывного контроля параметров локомотива составляет более 12 млн. рублей в год на 50 тепловозов серии 2ТЭ116.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чаплинский, Сергей Игоревич, 2009 год

1. Аитоиюк Б.Д. Информационные системы в управлении. М.: Радио и связь, 1986. 240 с.

2. Асаи К., Ватада Д., Иваи С. Прикладные нечеткие системы. Пер. с яп. М.: Мир, 1993.362 с.

3. Базилевский Ф.Ю., Грищенко А.В. Автоматизация локомотивов. М.: Маршрут, 2007. 320 с.

4. Бандуровский П.В., Булатов А.В., Шапошников С.О. Методика проектирования систем информационной поддержки процессов эксплуатации технических средств //Рос. высш. школа и конверсия: Тез. докл. Всерос. н.-п. конф., М.: 1993. с.274-276.

5. Бандуровский П.В., Булатов А.В. Структурирование информации для корабельных систем информационной поддержки // Изв. ГЭТУ, СПб. 1995, вып.484. с.60-64.

6. Баранов А.П., Макаров А.В. Структурное моделирование сложных динамических систем. Киев: Наукова думка, 1986. 272 с.

7. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1982. 231 с.

8. Башлыков А.А. Проектирование систем принятия решений в энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1986. 112 с.

9. Бервинов В.И. Техническое диагностирование локомотивов. Учебное пособие. М.: Маршрут, 1998. 190 с.

10. Булатов А.В., Шапошников С.О. Оценка параметров алгоритмов функционирования судовых микропроцессорных систем управления // Изв. ЛЭТИ, вып.435, СПб: 1991. с.36-40.

11. Булатов А.В., Заславский П.Е., Шапошников С.О. Структура данных судовых информационных систем // Изв. ЛЭТИ, вып.450, СПб: 1992. с.7-14.

12. Булатов А.В., Степанов И.В., Турусов С.Н. Метод принятия решений по процессам эксплуатации судовых технических средств // Изв. ТЭТУ, вып.509, СПб: 1997. с.44-52.

13. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. М.: Сов. радио, 1973. 440 с.

14. Васильев В.В., Кузьмук В.В. Сети Петри, параллельные алгоритмы и модели мультипроцессорных систем. Киев: Наук, думка, 1990,214 с.

15. Власов А.О. Комплексный анализ и синтез информационных вычислительных сетей // В кн. «Проблемы создания распределительных вычислительных сетей», М.: 1987. с.78-104.

16. Гафт М.Г. Принятие решения при многих критериях. М.: Знание, 1979. 64 с.

17. Гиг Ван. Прикладная общая теория систем /Пер. с англ. М.: Мир, 1981. 733 с.

18. Глазунов Л.П., Грабовецкий В.П., Щербаков О.В. Основы теории надежности автоматических систем управления. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 208 с.

19. Головатый А.Т., Лебедев Ю.А. Техническое обслуживание и ремонт локомотивов за рубежом. М.: Транспорт, 1977. 150 с.

20. Горленко А.В., Донской А.Л. Техническое диагностирование электронного оборудования электровозов переменного тока. М.: Транспорт, 1992. 112 с.

21. Горский А.В., Воробьев А.А., Куанышев Б.М. Ремонт только по результатам диагностики //Локомотив, 1998, №12. с. 3-7.

22. Дедков В.К., Северцев Н.А. Основные вопросы эксплуатации сложных систем. М.: Высшая школа, 1976. 406 с.

23. Дурандин К.П., Ефремов В.Д., Колесников Д.Н. Методы анализа эффективности функционирования сложных систем. Л.: Изд. ЛПИ, 1978. 36 с.

24. Жук К.Д., Тимченко А.А., Доленко Т.И. Исследование структур и моделирование логико-динамических систем. Киев: Наукова думка, 1975. 140 с.

25. Загребельский A.M., Кадышев С.А., Ребрик Б.Н. Стоимость жизненного цикла электровоза //Железнодорожный транспорт — 1998, № 12, с 36.

26. Ильин В.А., Кобальеро А. Структура сетей телеуправляемых комплексов в АСУ. М.: Энергоатомиздат, 1985. 280 с.

27. Информационное обеспечение интегрированных комплексов / Под ред. В.В.Александрова. Л.: Машиностроение, 1986. 312 с.

28. Информационные технологии в управлении техническими и организационными системами. Сб. научн. тр. ГЭТУ, СПб: 1993. 78 с.

29. Исаев И.П., Горский А.В., Воробьев А.А. Выбор измерителя наработки электровозов для определения ресурса изнашиваемых деталей // Вестник ВНИИЖТ, № 2, 1980. с. 14-16.

30. Кастеллани К. Автоматизация решения задач управления в технических и организационных системах / Пер. с франц. СПб: 1995, 95 с.

31. Козленко В.Я. Качество информационного анализа сложных систем // Зарубежная радиоэлектроника, № 6, 1991. с.37-46.

32. Корнеев И.И. Организация функционального контроля технических средств в сложной АСУ // Вопросы радиоэлектроники, № 9, 1991. с. 15-22.

33. Кузьмин И.В. Оценка эффективности и оптимизация автоматических систем контроля и управления. М.: Советское радио, 1971. 296 с.

34. Лескин А.А., Мальцев П.А., Спиридонов A.M. Сети Петри в моделировании и управлении. Л.: Наука, 1989. 134 с.

35. Малышев Н.Г. Структурно-автоматные модели технических систем. М.: Радио и связь, 1986. 168 с.

36. Маныпин Г.Г., Барзилович Е.Ю., Воскобоев Е.Ф. Методы профилактического обслуживания энергетических систем. Минск: Наука и техника, 1983. 224 с.

37. Мейер Д. Теория реляционных баз данных. М.: Мир, 1991. 608 с.

38. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем /Пер. с англ. М.: Мир, 1973. 344 с.

39. Моделирование систем сбора и обработки данных / Маковецкий В.И., Семишин Ю.А., Дризо В.Е. М.: Наука, 1983. 129 с.

40. Морозов Р.П. Автоматизированная система управления обслуживанием приборов и оборудования. М.: Изд. Стандартов, 1989. 184 с.

41. Озембловский В.Ч., Подшивалов А.Б. Требования к ремонтопригодности тягового подвижного состава // Повышение надежности оборудования электроподвижного состава: Сб. научн. тр. ВНИИЖТ, серия 16, №5, 1971. с.24-30.

42. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. 208 с.

43. Осяев А.Т. Комплексная система ремонта локомотивов // Локомотив, 1997, №11. с. 4-7.

44. Петров А.В. Общесистемный анализ и автоматизация проектирования автоматизированных систем организационного управления // Вестник МГТУ. Приборостроение, № 2, 1991. с.27-36.

45. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем / Пер.с англ. М.: Мир, 1984. 264 с.

46. Пономарев В.М. Система поддержки решений для гибких производственных систем.//РАН. Ин-т информатизации. СПб.: Наука, 1995. 94 с.

47. Попов Э.В. Экспертные системы: Решение неформальных задач в диалоге с ЭВМ. М.: Наука, 1987. 284 с.

48. Поспелов Д.А. Логико-лингвинистические модели в системах управления. М.: Энергоиздат, 1981. 232 с.

49. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. М.: Наука, 1986. 284 с.

50. Поспелов Д.А. Искусственный интеллект — основа новой информационной технологии. М.: Наука, 1988. 280 с.

51. Просвиров Ю.Е. Проблемы совершенствования систем диагностирования тепловозных дизелей. — Самара, СамИИТ, 1999. 207 с.

52. Романов Л.Н. Судовые экспертные системы перспективы и современное состояние. Л.: Изд. ЦНИИ «Аврора», 1990. 44 с.

53. Рябинин И.А., Волик Б.Г. Эффективность, надежность и живучесть управляющих систем //Автоматика и телемеханика. №12, 1984. с. 151-160.

54. Сафаров Б.Е. Задачи оптимального управления ресурсами запасных частей технических средств АСУ //Информатика. №2, 1990. с.ЗЗ-40.

55. Стрекопытов В.В., Пойлов Л.К. Определение периодичности и объемов ремонта машин на основании данных о надежности их узлов // Сб. научных трудов ЛИИЖТ, Л., вып. 306, 1970. с. 93-95.

56. Стрельников В.Т., Исаев И.П. Организация системы бездефектного подъемочного ремонта электровозов. М., Транспорт, 1975. 160 с.

57. Стрельников В.Т., Исаев И.П. Комплексное управление качеством технического обслуживания и ремонта электровозов. М., Транспорт, 1980. 207 с.

58. Субетто А.И. Функция оценки качества и ее организация в системах управления качеством проектирования в проектных организациях. Д.: Изд. ЛДНТП общ-ва «Знание», 1980. 52 с.

59. Тартаковский Э.Д. Организация технического осмотра тепловозов типа ТЭ10 // Электрическая и тепловозная тяга. 1966, №9. с.6-8.

60. Терехов Л.Л. Производственные функции. М.: Статистика, 1974.120 с.

61. Тыугу Э.Х. Концептуальное программирование. М.: Наука, 1984.340 с.

62. Феоктисов В.П. Принципы построения системы технической диагностики для преобразователей электроэнергии и устройств автоматики подвижного состава//Сб. научн. тр. МИИТ, вып. 687, 1981. с.79-85.

63. Флейшман Б.С. Элементы теории потенциальной эффективности сложных систем. М.: Сов. радио, 1971. 180 с.

64. Юдин Д.Б. Вычислительные методы теории принятия решений. М.: Наука, 1989.317 с.

65. Юсупов И.Ю. Методы и средства информационных технологий в науке и производстве. СПб.: Наука, 1992. 120 с.

66. Хомич А.З., Тартаковский Э.Д. Диагностика и регулировка тепловозов. М.: Транспорт, 1977. 268 с.с)