Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ направлений развития автоматизированных систем управления высокоскоростным движением (АСУ ВСД) 5
1.1 Осообенности современного этапа развития железнодорожного транспрта 5
1.2 Автоматизированные системы управления на линиях с ВСД 7
1.3 Инновационные направления совершенствования АСУ ВСД на железнодорожном транспорте 14
1.4 Постановка задач исследования 25
Выводы по главе 26
2 Разработка принципов построения и архитектуры современных асу всд на железнодорожном транспорте 28
2.1 Принципы построения и архитектура АСУ высокоскоростным движением 28
2.2 Алгоритмы управления движением высокоскоростных поездов на линии 34
2.3 Функции и роль ситуационного центра (СЦ) в обеспечении безопасности движения поездов и повышении оперативности управления 40
2.4 Использование спутниковых технологий (СТ) для повышения надежности и достоверности информации, используемой в АСУ ВСД 49
2.5 Оценка эффективности использования спутниковых технологий при ВСД 53
Выводы по главе 55
3 Разработка комплекса математических моделей надежности и безопасности асу всд с учетом скрытых отказов и рисков 58
3.1 Модель надежности восстанавливаемых технических средств с учетом скрытых отказов 58
3.2 Модель функциональной безопасности технических средств с учетом скрытых отказов 69
Выводы по главе 101
4 Развитие методологии rams для оценки эффективности асу перевозочным процессом 103
4.1 Основы методологии УРРАН 103
4.2 Комплексный показатель сохранения эффективности АСУ на железнодорожном транспорте 115
4.3 Комплексные показатели готовности инфраструктуры направления и достаточности предоставления технологических перерывов 117
Выводы по главе 119
5 Разработанные автоматизированные системы управления высокоскоростным движением поездов 121
5.1 Автоматизированная система управления движением поездов (АСУ) для магистрали Санкт-Петербург-Москва 121
5.2 Автоматизированная система управления движением поездов для железной дороги транспортного комплекса Олимпиады 2014 127
5.3 Система маневровой автоматической локомотивной сигнализация (МАЛС) 132
5.4 Технико-экономическая эффективность разработанных систем 137
Выводы по главе 141
Заключение 141
Список использованных источников
- Автоматизированные системы управления на линиях с ВСД
- Алгоритмы управления движением высокоскоростных поездов на линии
- Модель функциональной безопасности технических средств с учетом скрытых отказов
- Автоматизированная система управления движением поездов для железной дороги транспортного комплекса Олимпиады 2014
Введение к работе
Актуальность темы. Эффективное функционирование железнодорожного транспорта Российской Федерации играет исключительную роль в создании условий для перехода на инновационный путь развития и устойчивого роста национальной экономики.
Одной из стратегических задач, стоящих перед экономикой России, является широкое внедрение высокоскоростного движения поездов (ВСД) и систем управления ВСД, которые базируются на использовании современных отечественных и зарубежных инновационных информационных и спутниковых технологий (ИТ и СТ). Данные технологии относятся к классу критических и вместе с ВСД определяют уровень развития страны в мировой экономике. В России 17 декабря 2009 г. началась регулярная эксплуатация на участке Санкт-Петербург-Москва Октябрьской ж.д. высокоскоростных поездов типа «Сапсан». В 2010 г. поезда «Сапсан» стали курсировать на участке Москва – Нижний Новгород Горьковской ж.д. Одновременно на этих дорогах курсируют обычные поезда (грузовые, пассажирские и пригородные) со скоростями до 160 км/ч. Таким образом, в настоящее время для Российских железных дорог (РЖД) характерным является смешанное движение высокоскоростных и обычных поездов. Особую сложность в этом случае представляют вопросы построения автоматизированной системы управления движением поездов (АСУДП).
Показатели эффективности АСУДП, в первую очередь, по надежности и безопасности движения, должны быть гармонизированы с требованиями международных нормативных документов, учитывать необходимость оперативного контроля состояния подвижного состава и объектов инфраструктуры, риски нарушения безопасности и затраты на поддержание системы в работоспособном состоянии на всех этапах жизненного цикла.
Исследованию проблем разработки и повышения эффективности систем управления на железнодорожном транспорте, в том числе при ВСД, посвящены работы российских ученых Баранова Л.А., Батурина А.П., Бестемьянова П.Ф., Василенко М.Н., Доенина В.В., Ерофеева Е.В., Козлова П.А., Колесникова В.И., Лисенкова В.М., Матвеева С.И., Махутова Н.А., Никитина А.Б., Поплавского А.А., Розенберга Е.Н., Розенберга И.Н., Савоськина А.Н., Сапожникова В.В., Сапожникова Вл.В., Сидоренко В.Г., Сотникова Е.А., Шалягина Д.В., Шубинского И.Б. и других авторов.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка автоматизированной системы управления высокоскоростным движением (АСУ ВСД) поездов на железнодорожном транспорте.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. Обобщить результаты международного опыта в области разработки и создания АСУ ВСД.
2. Разработать принципы построения АСУ ВСД для Российских железных дорог (РЖД).
3. Разработать архитектуру АСУ для линий со смешанным движением высокоскоростных и обычных поездов (до 160 км/ч), учитывающую особенности РЖД.
4. Разработать математическую модель для оценки надежности восстанавливаемых устройств и систем с учетом вероятности и длительности скрытых отказов.
5. Разработать математическую модель функциональной безопасности АСУ ВСД с учетом вероятности скрытых отказов и рисков.
6. Разработать методики для оценки эффективности АСУ ВСД и производ-ственно-технологических процессов на РЖД с учетом рисков и затрат.
7. Разработать комплекс способов и технических решений для реализации АСУ ВСД, которые базируются на использовании новейших ИТ и СТ и позволяют повысить объем, оперативность и достоверность используемых данных, обеспечить расширение количества и интеллектуализацию выполняемых функций.
Методы исследований. В работе использованы методы теории автоматического управления, теории вероятностей, теории надежности, методы анализа рисков.
Достоверность и обоснованность полученных научных выводов подтверждается корректностью использованного математического аппарата, а также реальным использованием результатов работы в АСУДП на РЖД, системах технического обслуживания пути и в серии отраслевых стандартов УРРАН.
Научная новизна. В работе получены и выносятся на защиту следующие новые научные результаты:
1. Принципы повышения эффективности АСУ ВСД, отличающиеся от известных возможностью реализовать управление смешанным движением высокоскоростных и обычных поездов (до 160 км/ч), оперативное прогнозирование и выявление рисков нарушения безопасности, а также выработку превентивных мер по их предотвращению.
2. АСУ ВСД со смешанным движением высокоскоростных и обычных поездов (до 160 км/ч), отличающаяся от известных структурой прямого управления всеми объектами из единого центра, в которой формирование управляющих воздействий производится в зависимости от состояния технических средств в процессе функционирования и отклонений в движении поездов от графика.
3. Математическая модель для оценки функциональной безопасности восстанавливаемых технических средств АСУ ВСД, отличающаяся от известных учетом приемлемых или недопустимых уровней рисков, а также скрытых отказов и возможностью их обнаружения как штатными, так и нештатными средствами контроля.
4. Методика оценки эффективности функционирования АСУ ВСД, перевозочного и других технологических процессов, отличающаяся от известных учетом рисков и затрат на поддержание жизненного цикла.
5. Комплекс способов и технических решений для реализации АСУ ВСД на Российских железных дорогах, базирующихся на широком использовании современных ИТ и СТ.
Практическая ценность. Практическая ценность работы подтверждается повышением технико-экономической эффективности систем управления в рамках комплексных научных проектов на участках высокоскоростного движения Санкт-Петербург – Москва, на направлении Рыбное – Челябинск и при проектировании транспортной системы Олимпиады 2014 за счет использования полученных в диссертации результатов.
Внедрение результатов работы. Разработанные методы повышения достоверности и точности информации, используемой в АСУ ВСД, и расширения количества функций, выполняемых на основе применения современных ИТ и СТ, нашли применение в проектах, реализованных на Октябрьской, Московской, Северной и ряде других железных дорог.
Предложенные методы построения АСУ ВСД обеспечили комплексное решение задач управления ВСД с учетом состояния инфраструктуры, а также управления проведением ремонтных и восстановительных работ.
Разработанные методики для расчета показателей надежности, безопасности и эффективности автоматизированных систем управления и технологических процессов использованы при организации ремонта пути на Северной железной дороге и в утвержденной для применения в ОАО «РЖД» серии стандартов УРРАН.
Принципы построения систем управления с применением современных ИТ и СТ использованы в разработанной при участии автора «Стратегии инновационного развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 года».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на заседаниях научно-технических советов ОАО «РЖД», Москва, 2006-2011гг.; на международных научно-практических конференциях: «Спутниковые технологии и цифровые системы связи», Москва, 2007-2010гг.; на конференции «Интеллектуальный транспорт-2010», Москва, 2010; на заседаниях и научно-практических конференциях Совета по железнодорожному транспорту государств-участников СНГ, 2007-2011; на заседаниях кафедры «Управление и информатика в технических системах (УИТС)» МГУПС (МИИТа), 2011-2012гг.
Публикации. По теме диссертации автором опубликованы 41 печатная работа, в том числе 23 в изданиях, рекомендованных ВАК, и в 3-х монографиях; получено 6 патентов на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Содержит 154 страницы машинописного текста, 39 иллюстраций и 5 таблиц. Список использованной литературы включает 104 наименования.
Автоматизированные системы управления на линиях с ВСД
Перегонное оборудование включает высокоточную национальную дифференциальную спутниковую систему, средства автоматической идентификации оборудования, в том числе подвижного состава, диагностические датчики, переезды, рельсовые цепи, погодные датчики и стрелки.
В состав локомотивных и обслуживающих бригад входят путевые рабочие, локомотивные бригады, персонал для обслуживания вагонов и дополнительного оборудования хвостовых вагонов.
Для пассажиров с помощью специальных табло предоставляется маршрутная информация и данные для бронирования билетов, а для грузоотправителей предусмотрены возможности резервирования/бронирования перевозок и предоставления контрольной информации о продвижении грузов. Рассмотрим более подробно отдельные компоненты ИСУ, в том числе не показанные на рисунке 1.1.
Сети цифровых радиоканалов передачи данных обеспечивают передачу информации между центром управления и объектами инфраструктуры (поездами, сортировочными и пассажирскими станциями, ремонтными бригадами, клиентскими терминалами и др.), а также внутри объектов инфраструктуры, служат для передачи диагностической информации с объектов инфраструктуры, оснащенных для этого большим количеством специальных датчиков;
Дифференциальная глобальная система позиционирования (NDGPS) представляет собой расширенную систему позиционирования GPS и обеспечивает погрешность определения координат объектов 1-Зм и менее; приемники системы NDGPS устанавливают на локомотивах и транспортных средствах для обслуживания и ремонта пути, где они вычисляют их местоположение и скорость; полученная информация передается в центр управления железной дорогой по сети цифровых каналов передачи данных; система выдает разрешения для движения поездов и перевозки бригад для ремонта и обслуживания пути; система имеет возможность автоматически задавать разрешения на движение, управлять движением поездов в соответствии с расписанием, позволяет центру управления останавливать поезда.
Подсистемы контроля бдительности локомотивных бригад поддерживают готовность и бдительность бригад поезда при исполнении служебных обязанностей путем использования бесконтактных датчиков.
Терминалы путевых рабочих (TFT) обеспечивают передачу информации и инструкций к и от путевых рабочих; терминал TFT состоит из карманного компьютера, радиопередатчика и приемника системы позиционирования; он передает сообщения о своем местоположении с пути в центр управления и отображает переданные из него команды и полномочия для проведения работ, отображает местоположение всех ближайших поездов; а путевая бригада может самостоятельно определять свободность пути.
Устройства автоматической идентификация оборудования используют бирки для автоматической идентификации оборудования; бирки устанавливают с обеих сторон всех грузовых вагонов и локомотивов в США и Канаде; устройства считывания, установленные вдоль пути на сортировочных станциях, терминалах, и переездах, опрашивают бирки на радиочастоте УВЧ и собирают информацию от всех вагонов на поезде и затем передают ее в систему сбора данных дороги по цифровым каналам связи или по выделенным телефонным линиям.
Датчики путевого оборудования и путевые датчики устанавливают вдоль пути для идентификации дефектов, обнаруженных в узлах и компонентах подвижного состава, и для передачи информации о дефектах в центр управления; последний принимает решения об остановке поезда и направлении ремонтной бригады.
Системы контроля состояния или исправности локомотива состоят из датчиков, установленных в узлах локомотивов, которые передают на дисплей локомотива диагностическую информацию для локомотивной бригады; эта же информация передается по радиоканалу в центры управления, пункты ремонта и технического обслуживания.
Интеллектуальные системы прогноза погоды состоят из сетей локальных датчиков погоды, путевых и бортовых устройств; путевые и бортовые устройства объединены с национальными, региональными, и локальными системами прогноза погоды для предупреждения центров управления движением поездов, локомотивных бригад и бригад технического обслуживания о фактических или потенциально опасных погодных условиях.
Бортовые датчики контроля рельсового пути устанавливают на вагонах-лабораториях для идентификации дефектов рельсового пути; эта информация используется в системе для остановки или замедления движения поездов.
Системы управления сортировочными станциями получают информацию в реальном времени о местоположении и составе каждого поезда, отслеживают местоположение всех вагонов на сортировочной станции; система определяет наиболее эффективный вариант формирования поездов; рассчитывает прогноз отправления каждого поезда с сортировочной станции.
Системы планирования локомотивов используют данные графиков движения поездов, характеристики локомотивов, информацию об их состоянии, техническом обслуживании и о составе поездов, чтобы назначить локомотивы для поезда;
Системы оповещения о чрезвычайных ситуациях используются в центрах управления движением поездов; они предусматривают автоматическое уведомление всех заинтересованных организаций сразу же после железнодорожных аварий, инцидентов или угроз; обеспечивают лучшую координацию и управление причастными подразделениями, передавая сообщения об авариях, инцидентах или угрозах вместе с точными географическими коорди-натами объектов по цифровым каналам связи; эти системы обеспечивают более оперативное решение проблем и возобновление железнодорожного сообщения.
Тактические и стратегические планировщики движения поездов (ТПД и СПД): ТПД формируют плановые графики движения поездов и получают информацию о графике исполненного движения поездов; если имеют место существенные отклонения от плана, то ТПД изменяют плановый график движения, чтобы скомпенсировать нежелательные отклонения; СПД представляет собой систему управления движением поездов в реальном времени самого высокого уровня; СПД сравнивают движение поездов относительно ряда заданных извне графиков движения и запланированных обменов поездами с другими железными дорогами и грузами - с другими видами транспорта. Интегрируя потоки информации о фактической работе поездов, СПД определяют приоритеты по регулированию графиков движения и принимают экономически целесообразные решения.
Китайские железные дороги, которые играют важную роль в экономическом развитии страны, приступили к созданию интеллектуальной системы управления железнодорожными перевозками на линиях с ВСД [100].
Новая система управления на основе современных интегрированных технологий (рисунок 1.2) получила название RfTS (Railway intelligent transportation system).
В системе RITS обеспечивается сбор, передача и обработка информации, а также формирование интеллектуальных способностей/функций на основе знаний, приобретенных соответствующими подсистемами. RITS включает системы: - обслуживания пользователей; - интеллектуальную навигационную систему; - систему электронной коммерции, связанную с заказом билетов через Интернет или другие средства связи; - систему комбинированных перевозок, которая предназначена для обмена данными между системами перевозок различных видов транспорта, включая автомобильный, воздушный, морской и железнодорожный транспорт; она помогает пассажирам или владельцам грузов принимать
Алгоритмы управления движением высокоскоростных поездов на линии
АСУ ВСД предназначена для выполнения заданного объема перевозок при обеспечении требований безопасности движения поездов. Заданный объем перевозок служит исходной величиной для составления планового графика движения (ПГД) [3] и на его основе - программы работы АСУ ВСД. Эта программа должна реализоваться в АСУ с заданной точностью при действии различных возмущений. Для этого в ПГД закладываются необходимые резервы регулирования.
Выполнение программы осуществляется с помощью подсистемы автоведения [6, 7, 61, 67], реализующей энергосберегающие алгоритмы управления. Если величина действующих возмущений превышает заложенные резервы регулирования, то, в зависимости от величины возмущений, производится корректировка либо ниток ПГД, либо ПГД в целом. При этом для ввода поездов в ПГД, в подсистеме автоведения предусматривается переход от графикового алгоритма управления в соответствии с ПГД к интервальному алгоритму с последующим возвратом к первоначальному графиковому алгоритму [5-7, 9].
Подсистема автоведения функционирует всегда под контролем подсистемы обеспечения безопасности движения. Последняя контролирует безопасный по пути интервал следования поездов, не допуская их опасного сближения и столкновения, путем задания каждому поезду допустимой скорости движения [1, 64, 69,71, 79].
На линиях с ВСД существуют жесткие технологические ограничения [39, 67, 68], связанные с движением поездов смешанного типа и сильным влиянием даже малых отклонений от графика на безопасность движения поездов. Применяемая в ОАО «РЖД» специализированная по хозяйствам вертикальная структура управления потребовала, в первую очередь, при организации ВСД и особенно смешанного движения, создания специальной подсистемы верхнего уровня - ситуационного центра (СЦ), который объединяет в себе несколько функциональных направлений: обеспечения безопасности движения, транспортной безопасности, пожарной и экологической безопасности, прогнозирования и контроля метеорологических условий, управления восстановительными работами при чрезвычайных ситуациях и др. [42, 50]. СЦ имеет два основных режима функционирования: штатный режим и режим ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
В СЦ в качестве средства интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений создана единая база данных (БД) о всех случаях нарушений технологических процессов и отказов технических средств, влияющих на точность выполнения ГД. Для повышения достоверности и надежности информации используются данные, предоставляемые различными источниками с помощью ИТ, СТ и АСУ хозяйств.
Следует отметить, что СЦ стали применяться в различных областях в качестве оперативного средства управления технологическими процессами при возникновении чрезвычайных ситуаций. Так, в СЦ Московского метрополитена [64] производится комплексное решение задач обеспечения безопасности пассажиров, обслуживающего персонала и объектов метрополитена, а также повышения оперативности управления перевозочным про-цесссом при сбоях в работе метрополитена и организации интерактивного обмена информацией с пассажирами.
В ОАО «РЖД» для автоматизации процесса сбора информации и формирования базы данных, при участии автора, разработана и внедрена на сети дорог комплексная автоматизированная подсистема учета, контроля устранения отказов технических средств и анализа их надежности, получившая название (КАСАНТ) [50]. Эта система обеспечивает в реальном времени ввод в СЦ информации о параметрах подвижных объектов, графика исполненного движения и фактическом времени выполнения ремонтных и технологических операций («окон»).
Для взаимодействия функциональных АСУ железнодорожного транспорта должно формироваться и использоваться единое информационное обеспечение - база данных, позволяющая реализовать пересекающиеся подмножества функций и взаимоувязанные алгоритмы принятия решений [51].
При этом имеются некоторые общие требования к базе данных (БД), используемой в АСУ ВС Д. Во-первых, БД должна содержать высокоточную информацию для формирования координатного пространства, включающего цифровые модели пути с размещением на них объектов железнодорожной инфраструктуры. Во-вторых, БД должна обеспечивать контроль дислокации (позиционирование) с заданной точностью подвижных единиц - локомотивов, вагонов и т.д., на цифровых моделях пути [51]. Эти требования выполняются за счет предложенных в работе инновационных решений, реализованных впервые в АСУ ВСД на участке Санкт-Петербург-Москва [39, 67, 68].
Предложена структура АСУ ВСД и смешанным движением поездов как системы прямого, а не многоступенчатого управления. В данной структуре управление движением всех поездов и управление всеми объектами на линии осуществляется из единого центра диспетчерского управления (ЦДУ), в который передается вся контрольная информация об исполнении команд и состоянии всех технических средств [39, 67, 68].
Рассмотрим особенности процесса организации управления перевозками при смешанном движении поездов (рисунок 2.1) [3]. Он состоит из подпроцесса разработки и расчетов нормативных документов на основании данных о пассажиропотоках, грузовых и приватных вагонопотоков (наличной пропускной способности участков; графика движения поездов и технологических окон для проведения работ по ремонту и обслужива
Модель функциональной безопасности технических средств с учетом скрытых отказов
Рассматривается программно - аппаратное устройство/система управления [47]. Специфика устройства: - данное устройство связано с безопасностью; - устройство охвачено неидеальным контролем; - не обнаруженный в течение допустимого времени по требованиям безопасности скрытый отказ является опасным отказом; - вероятность опасного отказа в сочетании с ущербом от него создают риск безопасности; - существует допустимый уровень риска, при котором или ниже которого риск приемлем. Если риск превышает допустимый уровень, то нарушаются требования безопасности; - если риск безопасности приемлем, то проявившийся отказ устройства устраняется в результате восстановления устройства; - если риск безопасности превышает допустимый уровень, то устраняется полученный ущерб. В процессе этого устройство модифицируется, после чего переводится в исходное состояние (передается в исправном состоянии эксплуатирующей организации). В данном исследовании будем руководствоваться следующими основными постулатами безопасности: - абсолютной безопасности не существует; - остаточный риск всегда остается даже после принятия защитных мер; - безопасность достигается путем уменьшения риска до допустимого уровня или ниже его; - остаточный риск не должен превышать допустимый уровень риска безопасности устройства на всех этапах жизненного цикла.
В качестве основного принципа определения допустимого риска целесообразно применить принцип ALARP, используемый в Великобритании. Суть его в следующем: «Риск настолько низок, насколько это достижимо на практике».
Понятие риска включает два элемента: - возможность или частота возникновения события или сочетания событий, ведущих к опасной ситуации; - последствие опасной ситуации.
Величина риска определяется как произведение вероятности возникновения опасного отказа в течение единицы времени бол 0) на вели чиину ущерба от этого отказа Г, т.е. R — Qon W = "X
Оценка величины нанесенного ущерба в результате опасного отказа на практике обычно затруднена. Это обусловлено тем, что ущерб может носить одновременно и экономический и социальный характер, может быть связан с нанесением вреда жизни и здоровью людей и т.д. По этой причине в международном стандарте железнодорожного применения [99] сгруппированы частоты (интенсивности) опасных отказов, а также уровни тяжестей их последствий. Размещение по вертикали сгруппированных частот опасных отказов и по горизонтали обобщенных уровней тяжестей последствий (незначительный, несущественный, критический, катастрофический) позволило построить матрицу рисков, на которой выделяются клетки, соответствующие недопустимым или нежелательным рискам.
В таблице 3.1 приведен фрагмент таблицы 6 указанного стандарта. В этой таблице иллюстрируется качественная оценка риска и уменьшение/контроль в случае его приемлемости. Данный фрагмент ограничивается редким или маловероятным возникновением опасного события, что характерно для систем обеспечения безопасности на РЖД. В свою очередь, категория «редкое возникновение» означает «вероятность неоднократного возникновения. Ожидается неоднократное возникновение опасной ситуации», а категория «маловероятное возникновение» означает «вероятность того, что событие будет иногда возникать на протяжении жизненного цикла системы. Обоснованное ожидание возникновения опасной ситуации». Численный масштаб каждой категории определяются административным органом железной дороги в соответствии с рассматриваемым применением.
Опираясь на приведенные положения международного стандарта [99], можно не конкретизировать характер ущерба (экономический, экологический, социальный и др.), а оперировать понятием «уровень тяжести последствия со Таблица 3.1
Фрагмент оценки риска и уменьшения / контроля риска в случае приемлемости (фрагмент табл.6 стандарта МЭК 62278 [99]) Частота возникновения опасного события Оценка степени риска Редкое возникновение Допустимый Нежелательный Нежелательный Недопустимый Маловероятное возникновение Не принимаемый в расчет Допустимый Нежелательный Нежелательный Незначител ьный Несущественный Критический Катастрофический Уровни тяжести последствия опасного события Управление рисками Оценка степени риска Уменьшение/контроль риска Недопустимый Должен исключаться Нежелательный Может быть приемлемым, когда уменьшение риска невыполнимо и при согласии административного органа железной дороги. Частота возникновения опасного события Оценка степени риска
Допустимый Приемлем при соответствующем контроле и при согласии административного органа железной дороги
Непринимаемыйв расчет Приемлем без согласия железной дороги бытия» и принимать уровень ущерба выше допустимого уровня, если уровень тяжести последствия опасного отказа «недопустим» или «нежелателен (когда уменьшение риска выполнимо)». Уровень ущерба будем считать приемлемым, если уровень тяжести последствий опасного отказа «может не приниматься в расчет» или «допустим» или «нежелателен (уменьшение риска невыполнимо при согласии административного органа железной дороги)».
Модель безопасности устройства Какая-либо естественная или искусственная избыточность, в том числе структурное резервирование, отсутствует. В процессе работы устройства возможно нарушение его работоспособности вследствие отказа оборудования, проявления ошибки в его программе, проявление сбойной ошибки, ошибки оператора, взаимодействующего с устройством, ошибки во входных данных. Любое нарушение работоспособности устройства расценивается как его отказ. Предполагается, что все отказы имеют внезапный характер. Отказ устройства, не обнаруженный в течение допустимого времени по требованиям безопасности, расценивается как опасный отказ.
Предполагается, что своевременно обнаруженный отказ устройства всегда парируется. Это означает, что у организации, эксплуатирующей данное небезопасное устройство, имеются ресурсы, позволяющие либо заблокировать результаты его работы (защитный отказ), либо своевременно устранить этот отказ. В качестве показателя эффективности обнаружения отказа штатными средствами так же, как и в [47], применяется комплексный показатель а вероятности правильного обнаружения. В качестве показателя эффективности обнаружения отказа нештатными средствами целесообразно применять вероятность /? того, что время существования скрытого отказа до его обнаружения не превышает заданное по требованиям функциональной безопасности допустимое время.
В данной модели принято предположение, что в случае возникновения приемлемого риска устройство эксплуатируется без модификаций, а его очередное состояние - восстановление. В противном случае устройство модифицируется и затем вводится в работу в исходном состоянии.
Исследование функциональной безопасности технического устройства с учетом возможности возникновения опасных отказов удобно выполнять с помощью графа, показанного на рисунке 3.3.
Автоматизированная система управления движением поездов для железной дороги транспортного комплекса Олимпиады 2014
Особенности смешанного движения поездов требуют оценки уровня готовности инфраструктуры с учетом надежности технических средств и влияния перерывов на ремонт [36].
Учитывая, что ОАО «РЖД» является инфраструктурной компанией, в работе предложены комплексные показатели оценки готовности инфраструктуры направления: коэффициент готовности инфраструктуры направления и коэффициент достаточности предоставления технологических перерывов на проведение технического обслуживания поездо-участка.
Коэффициент готовности инфраструктуры направления -вероятность того, что инфраструктура направления готова к пропуску поездов в произвольный момент времени
Коэффициент достаточности предоставления технологических перерывов на проведение технического обслуживания поездо-участка— коэффициент, характеризующий качество предоставления и выполнения технологических перерывов на техническое обслуживание объектов железнодорожной инфраструктуры за рассматриваемый период Т/ У4 _ f I yme/заяв факт/утв \ (дх\
Для организации ВСД под управлением АСУ ВСД необходимо обеспечить нормирование введенных показателей с учетом особенностей организации высокоскоростного и смешанного движения, а также автоматизации получения данных показателей за счет использования технических средств ИТ и СТ на подвижном составе и у эксплуатационного персонала.
Особенностью предложенных показателей является то, что они учитывают не только интенсивность отказов А и коэффициенты го п
товности объектов, но и участковую скорость V, перерывы в технологическом процессе Т и перерывы из-за отказов Т . Расчет данных
показателей в АСУ достигается на основании информации об отказах, влияющих на выполнение заданного графика движения, передаваемой в диспетчерский центр. Для этого используются средства диспетчерского контроля, построенные на основе СТ, которые обеспечивают непрерывную фиксацию отклонений от графиков движения и времен простоя поездов, в том числе из-за превышения отведенного времени на плановые технологические «окна» [50].
Диспетчерский центр контролирует также в реальном времени проведение ремонтных операций отдельных подвижных объектов с фиксацией времен задержек, приводящих к дополнительным сбоям графика движения поездов.
Контроль за величиной данного коэффициента на Октябрьской ж.д. в течение 2010 г позволил практически вдвое сократить задержки поездов по сравнению с 2009 г. по причине невыполнения графика выполнения окон. В настоящее время в ОАО «РЖД» уточняется методика расчета данного коэффициента.
Предложенные в данной главе показатели используются в пилотной системе обслуживания путевого хозяйства Северной железной дороги и в серии отраслевых стандартов УРРАН, разработанной и принятой для использования в ОАО «РЖД» [36].
1. Разработаны основы методологии УРРАН, представляющей собой развитый вариант методологии Европейских стандартов RAMS. Данная методология позволяет перейти от комплексного управления надежностью и безопасностью отдельных устройств к комплексному управлению надежностью и безопасностью перевозочного процесса и систем управления, в том числе при ВСД, с помощью современных информационных технологий и управлению инвестициями на основе оценки рисков с учетом стоимости жизненного цикла при использовании системы технического обслуживания объектов железнодорожного транспорта по состоянию. Основные положения предложенной методологии использованы в серии отраслевых стандартов УРРАН, разработанной и принятой для использования в ОАО «РЖД».
2. Показано, что матрицы рисков, разработанные на основе методологии УРРАН, могут быть использованы в различных хозяйствах; в работе определены типовые уровни возникновения событий, типовые уровни тяжести последствий и типовые уровни риска. 3. Предложено применять для оценки работы АСУ ВСД коэффициент сохранения эффективности, который учитывает потери железнодорожного транспорта от отказов технических средств в хозяйствах и ошибочных действий персонала. Разработана методика расчета данного коэффициента для направления дороги и различных хозяйств железнодорожного транспорта.
4. Проведен расчет коэффициента сохранения эффективности для полигона Буй-Свеча Северной железной дороги, учитывающий поездо-часы потерь из-за отказов технических средств во всех хозяйствах, и коэффициента сохранения эффективности отдельно хозяйства пути, учитывающий поездо-часы потерь из-за отказов технических средств только этого хозяйства. Значение этого коэффициента Кэф составляет для полигона 93,4 %, а для хозяйства пути - 98,5%. Полученные значения Кэф можно рассматривать как исходные для дальнейшего совершенствования процессов перевозок и обслуживания пути на рассматриваемом полигоне.
5. Предложено применять для оценки эффективности перевозочного процесса, наряду с коэффициентом сохранения эффективности, также коэффициент готовности инфраструктуры направления и коэффициент достаточности предоставления технологических перерывов на проведение технического обслуживания участка.
6. Предложенные показатели оценки эффективности АСУ ВСД и перевозочным процессом используются в пилотной системе обслуживания путевого хозяйства Северной железной дороги.
АСУ движением поездов (АСУДП) на магистрали Санкт-Петербург-Москва с ВСД предназначена для управления перевозочным процессом [39, 67, 68]. В системе используются инновационные ИТ и СТ, технологии автоматизированного централизованного управления движением поездов и автоматического построения оперативного графика. Кроме этого, с помощью АСУ осуществляется диспетчерский контроль и управление движением поездов в соответствии с заданной программой; автоматическая подготовка маршрутов; мониторинг технических средств с помощью специализированных систем, используемых в хозяйствах автоматики и телемеханики, электрификации и электроснабжения, пути и вагонном.
