Содержание к диссертации
Введение
1. АНАЛИЗ ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ В ИМПУЛЬСНЫХ РЕЛЬСОВЫХ
ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛАХ 15
1.1. Причины порождающие перемежающиеся отказы в импульсных рельсовых цепях 13
1.2. Расчёт параметров распределения перемежающихся отказов по времени их возникновения.. 16
1.3. Расчёт параметров распределения перемежающихся отказов по их длительности 20
1.4. Выводы 23
2. ТЕОРЕТИКО-ИГРОВЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ
ОТКАЗОВ В ИМПУЛЬСНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ 40
2.1. Анализ неопределенностей, возникающих при технической диагностике. Теоретико-игровая модель поиска неисправностей в импульсных рельсовых цепях 40
2.2. Выбор стратегии поиска по максимуму информационного выигрыша 45
2.3. Выбор стратегии поиска по минимуму байесовского риска 49
2.4. Оптимизация поиска неисправностей как задача линейного программирования 53
2.5. Оптимизация поиска неисправностей методом Монте-Карло... 56
2.6. Поиск неисправностей пристратегической неопределенности 59
2.7. Выводы 62
3. ДИАГНОСТИКА ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ В ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ УСЛОВИЯХ 71
3.1. Формулировка задачи поиска неисправностей в операционных терминах. 71
3.2. Применение метода динамического программирования к упорядочению элементарных диагностических операций. Оптимизация с конца операции 74
3.3. Оптимизация поисва неисправностей в направлении естественного хода операции 86
3.4. Оптимизация поиска неисправностей с помощью ЭВМ. 90
3.5. Анализ информационных ситуаций. Поиск перемежающихся отказов с прерванного этапа 95
3.6. Выводы... 95
4. ДИАГНОСТИКА ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ В РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ
КАК МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ЗАДАЧА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ 105
4.1. Переход от скалярной к векторной оценке операции поиска неисправностей. 105
4.2. Определение основных оценочных критериев поиска неисправностей 107
4.3. Поиск неисправностей в рельсовой цепи по векторному критерию... 109.
4.4. Ранжировка частных критериев по их относительной важности. Лексикографическая оптимизация поиска неисправностей. 114
4.5. Выводы 122
5. МЕТОДЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОПАСНЫХ ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ В ИМПУЛЬСНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ НА.ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛАХ 130
5.1. Причины возникновения опасных отказов в импульсных рельсовых цепях на железобетонных шпалах. .. 130
5.2. Методика определения электрохимической активности рельсовой линии 133
5.3. Защита рельсовых цепей от электрохимических токов методом активной нейтрализации... 136
5.4. Сезонная защита рельсовых цепей от электрохимических токов... 138
5.5. Выводы 140
6. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМ ИРДП 146
ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 148
ЛИТЕРАТУРА... 151
ПРИЛОЖЕНИЯ. 157
- Причины порождающие перемежающиеся отказы в импульсных рельсовых цепях
- Анализ неопределенностей, возникающих при технической диагностике. Теоретико-игровая модель поиска неисправностей в импульсных рельсовых цепях
- Формулировка задачи поиска неисправностей в операционных терминах.
- Переход от скалярной к векторной оценке операции поиска неисправностей.
- Причины возникновения опасных отказов в импульсных рельсовых цепях на железобетонных шпалах.
class1 АНАЛИЗ ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ В ИМПУЛЬСНЫХ РЕЛЬСОВЫХ
ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛАХ class1
Причины порождающие перемежающиеся отказы в импульсных рельсовых цепях
Анализ работы импульсных рельсовых цепей постоянного тока свидетельствует, что наряду с устойчивыми отказами,они подвержены многократно повторяющимся сбоям одного и того же характера - перемежающимся отказам. Если устойчивый отказ является следствием естественного завершения процесса деградации параметров рельсовой цепи или какого-либо вида катастрофического разрушения, то перемежающийся отказ вызван эпизодическим уходом параметров за границу поля допуска вследствие наличия скрытых внутренних дефектов или непредвиденной концентрации внешних нагрузок. Неустойчивые отказы приводят к кратковременной утрате работоспособности рельсовой цепи и самоустраняются без постороннего вмешательства после возвращения влияющих факторов к исходным уровням. Однако существует мнение, что однажды возникнув и самоустранившись, неисправность не исчезает бесследно, а продолжает существовать в скрытой форме, а при определенной ситуации может вновь проявить себя в негативном плане, и неустойчивый характер ее в конце концов становится устойчивым.
Причинный анализ отказов рельсовых цепей на большом полигоне свидетельствует о том, что доля перемежающихся отказов в общем количестве неисправностей очень велика- до 15 %, а в импульсных рельсовых цепях постоянного тока достигает 22 %.
Наличие большого количества перемежающихся отказов в импульсных рельсовых цепях постоянного тока объясняется, их конструктивными особенностями и спецификой условий эксплуатации; к которым относятся:
- жесткий циклический режим работы рельсовой цепи, активная динамическая работа большинства ее элементов. Доля неустойчивых отказов в циклических режимах возрастает по сравнению с непрерывным режимом, т.к. во время включения и выключения отношение амплитуды выброса токов и напряжений к их установившимся значениям может достигать нескольких десятков единиц;
- периодическое изменение структурной схемы рельсовой цепи в зависимости от устанавливаемого направления движения поездов;
- активная эксплуатация, циклические воздействия ударных на грузок от подвижного состава, многократные изменения механических напряжений и вследствие этого постепенное накопление дефектов в напряженных материалах;
- комплексный характер воздействия природных факторов и многообразие процессов, вызываемых ими в элементах рельсовой цепи;
- несовершенство рельсовой цепи как электрической цепи, нестабильность ее основных параметров, противоречивость требований, предъявляемых к параметрам, в различных режимах работы рельсовой цепи;
class2 ТЕОРЕТИКО-ИГРОВЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ
ОТКАЗОВ В ИМПУЛЬСНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ class2
Анализ неопределенностей, возникающих при технической диагностике. Теоретико-игровая модель поиска неисправностей в импульсных рельсовых цепях
При технической диагностике перемежающихся отказов в рельсовых цепях всегда остро ощущается недостаток оперативной информации, необходимой для наиболее целесообразного планирования поиска неисправности. Анализ возникающих на практике ситуаций свидетельствует, что неопределенность в каждом конкретном случае может порождаться различными факторами и складываться из недостаточного знания функциональной и энергетической структуры рельсовой цепи; ее рабочих параметров и допусков, показателей надежности конструктивных элементов; закономерностей в поведении окружающей среды.
В силу вероятностной природы большинства из этих факторов, на базе которых приходится планировать операцию поиска неисправностей, а также неустойчивости отказов во времени, неопределенность является объективным фактором, всегда присущим поиску скрытого дефекта. Наличие неопределенности исходных данных неизбежно влечет за собой и неопределенность результатов планируемых диагностических операций, поэтому поведению обслуживающего персонала в ходе поиска неисправности необходимо придать в возможно большей мере черты рациональности / 13 /.
Наличие неопределенных факторов позволяет рассматривать поиск неустойчивого во времени отказа как задачу принятия решения в условиях неопределенности /2,13/. В зависимости от характера исходной информации при выборе оптимальной программы диагностирования применяется различный математический аппарат, поэтому поиску неисправности должен предшествовать анализ информационной ситуации, складывающейся к началу поиска.
Планируя операцию поиска неисправностей, приходится сталкиваться с двумя видами неопределенности, коренным образом отличающихся друг от друга.
1. Стохяетическая неопределенность, когда неисправности отдельных элементов рельсовой цепи и негативные проявления окружающей среды являются случайными событиями, но подчиняются известным вероятностным закономерностям. Информационная ситуация соответствует периоду нормальной эксплуатации рельсовой цепи, когда эксплуатационный штат располагает статистически устойчивой информацией о вероятностях отказов элементов рельсовой цепи и закономерностях в поведении окружающей среды.
2. Стратегическая неопределенность, когда указанные выше факторы, не поддаются вероятностной оценке. Информационная ситуация соответствует периоду ранней эксплуатации рельсовой цепи.
Формулировка задачи поиска неисправностей в операционных терминах
Задачу поиска неисправности в технической системе можно сформулировать следующим образом. Имеется объект диагностирования-импульсная рельсовая цепь постоянного тока (рис.1.I). Диагностирование производится на ранних этапах эксплуатации,когда обслуживающий персонал не располагает статистическими данными о показателях надежности отдельных элементов, комплектующих диагностируемую систему.
Локализация и обнаружение возникшей неисправности может быть осуществлена восемью элементарными диагностическими операциями (табл.3.1). Между этими операциями (измерениями и наблюдениями) выполняются некоторые вспомогательные действия (покрытие расстояний до измеряемых и наблюдаемых объектов, подготовка электрических цепей и электроизмерительных приборов для измерений,открытие и закрытие батарейных и релейных шкафов). Поэтому продолжительность операции поиска неисправности зависит как от предшествующих, так и от последующих элементарных диагностических операций. Несмотря на то, что затраты времени нестабильны и нестационарны, однако, когда операция носит массовый характер, их усредненные значения - вполне детерминированные величины и могут быть положены в основу математической модели поиска неисправности /61/.
Время, необходимое на выполнение элементарных диагностических операций, в зависимости от порядка их реализации, рассчитано и задано несимметричной квадратной матрицей затрат времени (табл.3.2). Необходимо нзйти оптимальную по быстродействию последовательную программу поиска неисправности. По своей формальной структуре поиск неисправности представляет собой транспортную операцию. Идея выбора оптимальных вариантов транспортных операций при технической диагностике рельсовых цепей связана с явно выракенной пространственной разобщенностью ее элементов,когда относительная несложность электрических измерений сочетается с большими потерями времени, связэнныжспокрытием расстояний до измеряемых и наблюдаемых объектов.
Сформулируем поставленную задачу в терминах исследования операций, в частности, в терминах динамического программирования.
class4 ДИАГНОСТИКА ПЕРЕМЕЖАЮЩИХСЯ ОТКАЗОВ В РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЯХ
КАК МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ЗАДАЧА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ class4
Переход от скалярной к векторной оценке операции поиска неисправностей
В предыдущих главах рассматривались однокритериальные (скалярные) задачи оптимизации поиска неисправностей в рельсовых цепях, направленные на достижение одной-единственной цели -минимизации затрат времени на диагностирование или максимизации информации о состоянии анализируемой системы. Такая односторонняя и неполная оценка операции поиска неисправности вызвана отсутствием необходимой информации на ранних этапах эксплуатации технической системы, когда обслуживающий персонал не располагает статистически устойчивыми данными о надежности элементов диагностируемой системы, закономерностях в поведении окружающей среды. Таким образом, искусственное упрощение сложной технической задачи является мерой вынужденной необходимости.
Это обстоятельство приводит к огрублению математической модели поиска неисправности, отбрасыванию важных факторов,которые необходимо учитывать на практике / 2 /. В силу этого,полученные ранее результаты для однокритериальной оптимизации поиска неисправности, следует рассматривать лишь как приближенное,эскизное решение задачи, полученное в предпосылке неполноты исходных данных.
Дальнейшее накопление в ходе эксплуатации объёма и содержательности информации о диагностируемой системе, закономерностях в поведении окружающей среды, способах организации поиска неисправности и его инженерной реализации позволяет сформулировать задачу оптимального поиска неисправностей, как многокритериальную задачу принятия решения. Это дает возможность разработать математическую модель поиска неисправностей, более адекватную реальному процессу, произвести более глубокий анализ диагностируемой технической системы и операции поиска, и получить на основе этого более рациональную и обоснованную программу технической диагностики.
Переход от скалярной к векторной (многокритериальной) оптимизации поиска неисправностей в устройствах СЦБ необходим в следующих случаях / 40,4-І /:
1. Когда интуитивно ощущается, что операция поиска неисправности может быть организована более целесообразно.
2. Если в результате решения задачи поиска неисправности как однокритериальной задачи оптимизации, получено несколько равноценных вариантов, в смысле примененного оценочного критерия.
3. При получении в результате решения не самого оптимального варианта, а лишь области, в которой он находится.
4. Если при практическом осуществлении операции поиска неисправности выявлены недостатки в её инженерной реализации.
5.По мере накопления статистически устойчивой информации о диагностируемой системе, поведении окружающей среде и других эксплуатационных факторах.
6. При изменении количественного состава лиц, осуществляющих поиск неисправностей.
Причины возникновения опасных отказов в импульсных рельсовых цепях на железобетонных шпалах
Особенностью рельсовой цепи как конечного автомата является обеспечение безопасности движения поездов, поэтому при их синтезе должна решаться проблема безопасного функционирования рельсовых цепей как в условиях нормальной эксплуатации,так и при возникающих отказах.
В теории конечных автоматов принято различать два вида отказов- защитные и опасные. Если результатом защитного отказа является приведение устройств в заграждающее положение,то опасный отказ при определенной ситуации может привести к нарушению безопасности движения поездов. Под опасным отказом рельсовой цепи понимается ложная информация о ее свободности, нарушающая условия безопасности поездов.
Анализ возникающих на практике ситуаций позволяет выделить опасные события, реализуемые при ложной свободности рельсовой цепи. Это горение разрешающих огней светофоров, в адрес которых отсутствует управляющая команда, перевод стрелок электрической централизации при фактической занятости стрелочной секции,произвольное восприятие местного управления стрелками маневрового района, смена направления установленного направления движения автоблокировки при нахождении подвижного состава на перегоне.
Проблема предупреждения опасных отказов в устройствах железнодорожной автоматики в основном решается в двух аспектах - создание высоконадежной элементной базы и разработка методов синтеза логических схем, устойчивых к отказам элементов внутренней структуры / 50-52 /.
Однако эти направления не в полной мере обеспечивают решение проблемы, так как отдельные опасные отказы вызваны не только внутренними неисправностями, но и вследствие непредвиденной концентрации внешних нагрузок или в результате возникшей совокупности внутренней неисправности и доминирующей стратегии окружающей среды.
Наиболее подвержены воздействию окружающей среды электрические рельсовые цепи, где наиболее ярко проявляются различного рода динамические нагрузки, вибрация, изменение температуры,влажности, атмосферные осадки и др.
Проявления большинства из этих факторов носят прерывистый, спонтанный, а в некоторых случаях сезонный характер, вследствие чего, вызванные ими отказы носят также неустойчивый, перемежающийся характер. Негативные проявления окружающей среды снижают общую надежность устройств, поэтому вопросы синтеза безопасных рельсовых цепей неразрывно связаны с анализом их поведения не только при отказах элементов их внутренней структуры, но и с учетом закономерностей в поведении окружающей среды в данном регионе.
