Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса оперативного управления движением поездов и задачи исследования 10
1.1. Технология и структура организации оперативного управления движением поездов 10
1.2. Тенденции совершенствования управления на отечественных железных дорогах 14
1.3. Обзор зарубежного опыта создания систем управления
перевозочным процессом на железнодорожном транспорте 22
Выводы и постановка задачи исследования 25
2. Структурный анализ систем оперативного управления 28
2.1 Кибернетические структуры систем оперативного управления движением поездов 28
2.2 Режимы и информационные модели управления 35
2.3 Анализ информационных потоков и взаимодействие оперативного персонала при централизации и концентрации управления 41
2.4 Исследование надежности технических структур систем оперативного управления 56
1 2.5 Выводы 67
3. Анализ деятельности оперативного персонала при автоматизации функций управления 71
3.1 Алгоритмизация деятельности оперативного персонала 71
3.2 Формализация распределения функций управления по обеспечению перевозочного процесса в системе человек-машина 73
3.3 Расчет затрат времени оперативного персонала при автоматизации функций управления 81
3.4 Распределение зон управления в условиях диспетчерских центров
3.5 Выводы 105
4. Автоматизация и организация оперативного управления полигоном железных дорог 108
4.1 Функциональная структура ПУ системы управления при диспетчерской централизации ...108
4.2 Автоматизация функций управления на КП станций 111
4.3 Методы расчета границ диспетчерских участков центров управления
4.4 Распределение зон и функций оперативного персонала станций при централизации управления 133
4.5 Выводы 142
5. Учет влияния человеческого фактора в к компьютерных системах оперативного управления перевозочным процессом 144
5.1 Проектирование интерфейса взаимодействия пользователя.. 144
5.2 Условные графические изображения 148
5.3 Рекомендации по организации взаимодействия персонала с техническими средствами компьютерных систем управления 154
5.4 Информационная поддержка оперативного персонала 160
5.5 Выводы ...: 166
6. Протоколирование и архивация событий технологического процесса 167
6.1 Обзор существующих подходов 167
6.2 Структурный анализ данных протоколирования 168
6.3 Динамическое отображение оперативных данных 175
6.4 Множественно-функциональные процедуры сжатия данных протоколирования на основе Г-функций 180
6.5 Администрирование протоколирования 183
6.6 Выводы 191
7. Эксплуатационно-технические вопросы концентрации и централизации управления на железных дорогах
7.1 Основные положения 193
7.2 Концентрация диспетчерского управления на железных дорогах (на примере региона Санкт-Петербургского отделения) 195
7.3 Особенности функционирования ДЦ на малодеятельных участках - 2.00
7.4. Автоматизация управления станционными процессами в системе ЭЦ-МПК.. г. 206
7.5 Концентрация и централизация управления на станциях 230
7.6 Выводы 245
8. Эксплуатационные и организационные аспекты компьютеризации перевозочного процесса на метрополитенах 247
8.1 Современное состояние вопроса 247
8.2' Содержание труда оперативного персонала управления движением поездов на линии метрополитена 250
8.3 Комплексная автоматизированная система диспетчерского управления линией метрополитена 264
8.4 Автоматизация регулирования движения поездов 272
9. Технико-экономический анализ и эффективность централизации и концентрации управления 283
9.1 Эффективность внедрения систем диспетчерской централизации и диспетчерского контроля 283
9.2 Анализ капитальных вложений и эксплуатационных расходов при компьютерном управлении устройствами станции 291
9.3 Результаты внедрения и экономическая эффективность выполненных исследований 301
9.4 Выводы... 304
Заключение 306
Список использованных источников
- Тенденции совершенствования управления на отечественных железных дорогах
- Анализ информационных потоков и взаимодействие оперативного персонала при централизации и концентрации управления
- Формализация распределения функций управления по обеспечению перевозочного процесса в системе человек-машина
- Автоматизация функций управления на КП станций
Введение к работе
Актуальность проблемы. Использование на железнодорожном транспорте вычислительных средств в системах железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), обеспечивающих оперативное управление движением поездов (ОУДП), определяет их как автоматизированные системы управления (АСУ). Ньшешний этап динамичного развития СЖАТ обусловлен следующими условиями:
современными требованиями использования систем с расширенны
ми функциональными возможностями, а также более совершенными
принципами управления и контроля;
общей мировой тенденцией перехода на новую элементную базу на основе программируемых средств вычислительной техники;
необходимостью массового обновления эксплуатируемых СЖАТ по причине выработки ими ресурса.
Предпосылками создания компьютерных СЖАТ явились не только достигнутый в промышленности уровень аппаратной и программной платформы, но и научные исследования, проводимые специалистами и учеными отрасли.
Системные вопросы принципов создания и внедрения автоматизированных систем отражены в трудах Дреймана O.K., Баранова Л.А, Ґрунтова П.С., Былинского Ю.В., Василенко М.Н., ТулуповаЛ.П., БуяноваВА и других авторов.
Вопросам разработки технологического обеспечения систем оперативного управления перевозками посвящены работы Угрюмова А К., Ось-минина AT., Кудрявцева ВА, Дьякова Ю.В., Трошева Г.М, Бадаха В.И. и других авторов.
Совместно с этими задачами осуществляется поиск эффективных решений по автоматизации и совершенствованию информационного обеспечения, который нашел отражение в трудах БА Завьялова,
И.М.Кокурина, Д.В.Шалягина, В.М.Алексеева, И.Е.Дмитренко, НА Сапунова, В.Н.Иванченко.
Решающее значение при создании СЖАТ приобретают вопросы безопасности и эффективности функционирования. Этим проблемам посвящены работы отечественных авторов: В.В.Сапожникова, Вл.В.Сапожникова, В.И.Шаманова, Ю.М.Лисенкова, Н.Ф.Пенкина, Д.В.Гавзова, И.В.Белякова, В.Ю.Ефимова, ЮАКравцова, В.Б.Культина, зарубежных авторов КПирика, В.Феннера, Й.Тринкауфа, Х.Христова, М.Фишера и других авторов.
Вместе с тем, практическая реализация и широкое внедрение микропроцессоров и микроЭВМ в системах СЖАТ ставит новые задачи создания методов и средств их наиболее эффективного функционирования, рационального использования трудовых ресурсов и капитальных вложений, дополнительно требуют решения вопросы взаимодействия оперативного персонала (ОП) с техническими средствами, обоснования архитектуры системы и ее информационных связей.
Средством повышения эффективности управления перевозочным процессом является реорганизация структуры управления, связанная с переходом от четырехуровневой к двух- и трехуровневой системе путем концентрации оперативного диспетчерского управления в автоматизированных диспетчерских центрах управления (АДЦУ).
При практической реализации этих задач можно отметить ряд возникающих проблем. Переход на безотделенческую структуру управления и укрупнение полигонов управления требует изменений не только организационной структуры ОУДП, основу которой составляет диспетчерский персонал (поездные, локомотивные и энергодиспетчера), но и создания более совершенных гибких (адаптивных) технических средств диспетчерского управления и связи.
Кроме того, эксплуатируемые контролируемые пункты (КП) систем диспетчерской централизации (ДЦ), таких как "ЧДЦ", "Нева", "Луч", реализованы на устаревших аппаратных средствах, имеют ограниченные функциональные возможности и информационную емкость.
Ранее проводимые исследования в этой области главным образом включали анализ возможности перехода на новую элементную базу и обоснование путей автоматизации. Практические шаги по созданию компьютерных систем ОУДП ставят новые научные проблемы, связанные как с технической реализацией систем, так и с организационной структурой. Их комплексное совместное решение обеспечивает повышение эффективности ОУДП на принципах концентрации и централизации. Понятия концентрации и централизации различаются.
Определение 1. Концентрация ОУДП - это объединение оперативного персонала и агрегирование его технических средств телемеханики для управления полигоном с поста электрической централизации, опорного центра или ДДЦУ.
Определение 2. Централизация ОУДП - это интеграция процесса управления, подразумевающая расширение командных функций, сосредоточенных в руках одного оперативного работника на выделенных, технологически обоснованных зонах (направлениях) путем поглощения детерминированных участков управления.
В задачах диспетчеризации концентрация выступает как средство достижения централизации, которая является целью создания ДДЦУ. В этом случае централизация предоставляет гибкий механизм новой технологии управления. Стремление рационального использования ресурсов компьютерных средств и телекоммуникаций на основе волоконно-оптических линий связи определяет необходимость задач интеграции различных подсистем диспетчерского управления, что в особенности харак-
терно выражено на примере метрополитенов, когда объединяются системы диспетчерской централизации, автоведения, управления эскалаторами, электромеханическими устройствами и электроснабжением.
Применяемые новые технологические приемы организации перевозочного процесса (формирование сборно-маршрутных поездов, обеспечение эффективного взаимодействия различных видов транспорта на основе логистики и др.) изменяют сложившиеся принципы маршрутизации, формирования границ зон централизации на станциях и применения видов управления. Это определяет новые требования к структуре станционных систем электрической централизации при использовании средств вычислительной техники в микропроцессорных и релейно-процессорных централи-зациях.
Новые станционные системы управления затрагивают не только технологическую составляющую перевозочного процесса, но и требуют обоснования рациональной технической структуры с учетом сокращения доли реле в схемотехнике электрической централизации (ЭЦ), а также разработки принципов увязки вычислительных комплексов с релейными схемами.
Расширение функциональных возможностей систем ОУД11 требует исследований в направлениях совместимости как с существующими устройствами и подсистемами, так и разработки эффективных алгоритмов функционирования. Так, техническая реализация диагностики и функций телеизмерений ставит задачу применения в протоколировании алгоритмов сжатия данных контролируемых динамических процессов и разработки технологии их администрирования.
Таким образом, на современном этапе практическая реализация компьютерного управления СЖАТ обусловливает актуальность создания теоретических обоснований их применения и рационального использования на основе принципов концентрации и централизации с учетом реорга-
низании структуры ОУДП, развития информационной среды, достигнутого уровня технического развития систем, участия и взаимодействия персонала.
Целью диссертации является разработка и практическая проверка методов и средств автоматизации на базе вычислительной техники в условиях концентрации и централизации оперативного управления движением поездов.
Основными задачами исследования являются:
-
Анализ тенденций развития средств и структур автоматизации управления. Обоснование архитектуры кибернетической системы ОУДП, разработка принципов интеграции различных подсистем в единую структуру диспетчерского управления.
-
Исследование содержания труда ОП в условиях централизации управления на основе микропроцессорных СЖАТ. Разработка методов обоснования уровня централизации и эффективности автоматизации.
-
Разработка принципов и нормативной базы проектирования пользовательского интерфейса в эргатической компьютерной системе ОУДП.
-
Разработка методических основ совершенствования функций автоматизации управления и информационного обеспечения ОП, разработка эффективных алгоритмов функционирования компьютерных СЖАТ.
-
Разработка новых СЖАТ на основе программируемой элементной базы с применением полученных в диссертации результатов.
Диссертационная работа выполнена в рамках «Концепции развития средств железнодорожной автоматики», одобренной Президиумом Научно-технического совета МПС в октябре 1998г. и утвержденной 29.12.98 МПС РФ, научно-исследовательских и опьпно-конструкторских работ, проводимых по приказам Министерства путей сообщения: «Система от-
раслевых нормативных документов «Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики»(1991-1996г.г.) и «Системы железнодорожной автоматики и телемеханики» (1998-2000г.г.)», «Система диспетчерской централизации на микропроцессорной элементной базе», «Система релей-но-процессорной электрической централизации». В соответствии с «Программой обновления и развития средств железнодорожной автоматики и телемеханики на период 2000-2004г.г.» при участии и под руководством автора проводились работы по внедрению на сети МПС систем диспетчерской и электрической централизации на базе микроЭВМ и программируемых контроллеров - ДЦ-МПК и ЭЦ-МПК.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с применением методов теорий вероятностей, математической статистики, надежности, графов и кластерного анализа.
Достоверность научных положений обоснована теоретическими исследованиями, подтверждена их экспериментальной проверкой и практической реализацией на сети железных дорог, в проектных и учебных институтах железнодорожного транспорта.
Научная новизна работы. В диссертации впервые разработан формализованный метод проектирования взаимодействия железнодорожного оперативного персонала с техническими средствами автоматизированных рабочих мест (АРМ), позволяющий решать задачи распределения функций управления в контуре «человек-машина». Разработанный метод также может использоваться для распределения функций по выполнению задач между оперативным персоналом (дежурным по станции и оператором, поездным диспетчером и помощником по маневровой работе и т.п.).
Выполнен анализ кибернетических структур оперативного управления; показано, что существующий уровень информационного обеспечения и функций управления соответствует первому (низшему) уровню. Оп-
ределены последующие уровни дальнейшей автоматизации и развития систем оперативного управления. Проведены исследования информационных потоков при централизации и концентрации управления технологическим процессом. Интегрированные потоки и иерархическое информационное поле определены как наиболее эффективные структуры информационного взаимодействия персонала.
Впервые разработаны теоретические основы распределения зон управления оперативного персонала, основывающиеся на представлении «карты загрузки», составленной по топологии полигона управления в виде графа и его последующего разрезания на кластеры, соответствующие зонам управления персонала.
Разработаны принципы формирования пользовательского интерфейса, условные графические изображения и индикация для компьютерных систем оперативного управления.
Предложены методы представления и хранения данных (дискретных и аналоговых) в современных СЖАТ, сокращающие объемы протоколирования. Разработаны методы нормирования показателей надежности СЖАТ для обоснования технической структуры системы управления в условиях централизации.
Практическая ценность диссертации состоит в разработке инженерных методик: распределения функций управления между техническими средствами и оперативным персоналом при разработке новых СЖАТ; обоснования рациональной структуры аппаратных средств системы ЭЦ станции с учетом топологии путевого развития и технологических особенностей; обоснования границ зон управления, размещения персонала и определения его численности при централизации управления в условиях концентрации в опорных и диспетчерских центрах.
Разработаны рекомендации, обеспечивающие унификацию пользовательского интерфейса в компьютерных СЖАТ.
Применение методов функционального сжатия, представления и обработки данных обеспечивает эффективность функций протоколирования и архивации данных (сокращение информационной избыточности и объемов данных, повышение скорости получения анализа протоколов и т.п.). Эти методы могут также применяться для передачи полного информационного описания моделей перевозочного процесса при использовании низкоскоростных физических каналов передачи данных.
Реализация работы. Полученные в диссертации результаты использованы в следующих организациях:
Департаментом «Автоматики и телемеханики» ОАО «РЖД»: Теоретические и экспериментальные результаты работы использованы при разработке и внедрении отраслевых нормативных документов (ОСТ, РТМ, РД) «Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики» и «Системы железнодорожной автоматики и телемеханики», а также памяток ОСЖД Р-820, Р-808, Р-801, Р-807. Утверждены технические решения по системам ЭЦ-МПК, ДЦ-МПК, бесперебойного питания УЭП-МПК.
Департаментом «Управления перевозками» ОАО «РЖД» и в Центре организации труда и проектирования экономических нормативов ОАО «РЖД».
Утверждены и внедрены: Нормы времени и нормативы численности маневровых (станционных) диспетчеров, дежурных и операторов железнодорожных станций. М.: МПС, Проектный и внедренческий центр организации труда, 1990.-98 с;
Нормативы затрат труда поездных диспетчеров отделений железных дорог. М.: МПС РФ, Проектный и внедренческий центр организации труда. Утв. Главным инженером ПД МПС В. А.Горбунов, 1992.-24с;
Нормативы времени на операции, выполняемые работниками железнодорожных станций по информационному обеспечению. М.:МПС РФ, Утв. Зам. ЦЦМПС ВАГорбуновым 10.01.96,1996. -28с.
Впроектныхинститутах
«Гипротранссигналсвязь», при разработке типовых проектных реше-нийипроектов диспетчерской централизации ДЦ-МПКдля 11 участков Куйбышевскойж.д., релейно-процессорнойцентрализации (РПЦ)ЭЦ-МПК, системы передачи данных СП Д ЛП участка Волховстрой- Кошта. Выполнены обоснования численности оперативного персонала, количества рабочихместдежурныхпо станции (ДСП), необходимости районов местного управления на ст. Дно Октябрьской ж.д.;
ОАО «Ленгипротранс», при выпуске комплектов рабочей докумен-тацииЭЦ-МПК 19станций;
ОАО «Ленметрогипротранс», при проектировании ДЦ-МПК и комплексной автоматизированной системы диспетчерского управления (КАСДУ) для линий Петербургского и Самарского метрополитенов;
«Ленжелдорпроект», при проектировании маневровой системы ЭЦ-МПК для ремонтно-экипировочного депо ст. Санкт-Петербург-Главный
в настоящее время РПЦ ЭЦ-МПК тиражируется на сети железных дорог и проектирование выполняется институтами «Мосжелдорпроект», «БСК-Сигналсвязь», «Омскжелдорпроект», «Томгипротранс», «Даль-желдорпроект», «Востсибтранспроект», проектным институтом «Поволжье», «Челябжелдорпроект», «Уралгипротранс», «Уралжелдорпро-ект», всего 57 проектов.
На железных дрогах и метрополитенах прошли все стадии испытаний и введены в постоянную эксплуатацию следующие системы централизации оперативного управления:
Октябрьская ж.д. -расчет численности поездных диспетчеров (ДНЦ) и обоснование границ диспетчерских участков объединенного НОД-3;
Октябрьская ж.д. - РПЦ ЭЦ-МПК 11 станций (468 стрелок);
Забайкальская ж.д. - РПЦ ЭЦ-МПК 1 станция (120 стрелок);
Красноярская ж.д. - РПЦ ЭЦ-МПК 1 станция (14 стрелок);
Московская ж.д. - РПЦ ЭЦ-МПК 2 станции (57 стрелок);
Свердловская ж.д. - РПЦ ЭЦ-МПК 1 станция (22 стрелки);
«Казахстан Темир Жолы» - РПЦ ЭЦ-МПК 8 станций (134 стрелки);
Петербургский метрополитен - система КАС ДУ - линии 1, 2, 3, 4, расчеты загрузки при объединении зон управления диспетчерского персонала Электромеханической службы;
Нижегородский метрополитен - система КАС ДУ;
Екатеринбургский метрополитен - система КАС ДУ;
Самарский метрополитен - система КАСДУ.
Вучебныхзаведениях:
Материалы диссертации использованы при написании учебника и учебных пособий для вузов железнодорожного транспорта, вошли в учебные программы по специальности №2107.00 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» (специализации №2107.01 «Автоматика и телемеханика» и №2107.06 «Компьютерные технологии в автоматике и телемеханике»).
При участии автора в учебном процессе поставлены лабораторные установки систем РПЦ ЭЦ-МПК, МПЦ-МПК, ДЦ-МПК в ИрГУПС, Сам-ГАПС, ПТУ ПС, УрГУПС, ОмГУПС, ДвГУПС, а также компьютерные
учебные центры на кафедре «Управления эксплуатационной работой» ПГУ ПС и в лаборатории «Организации движения» Петрозаводского железнодорожного колледжа.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации были доложены на международных конференциях и симпозиумах: Второй Международной научно-практической конференции «Проблемы повышения надежности и безопасности технических средств ждлранспорта», 7-9 июня 1988, ВЗИИТ, г.Москва; 3-й Всероссийской (с участием стран СНГ) конференции «Качество информации», октябрь 1992г., РОИВТ, г.Москва; Всесоюзной научно-технической конференции 24-25 сентября 1986, ВНИИЖТ, гМосква; I международном симпозиуме "Современные транспортные технологии-96", 15-16 мая 1996г., г.С-Петербург; Научно-практической конференции "Стратегические вопросы развития средств железнодорожной автоматики на дорогах стран СНГ и Балтии", 23-25октября 1997г., г.Гомель, Республика Беларусь; Международной научно-технической конференции "Транском-97" "Управление и информационные технологии на транспорте", 14-16 октября 1997г., г.С-Петербург; Совещании руководителей и специалистов служб сигнализации и связи метрополитенов СНГ по проблемам развития средств автоматизации, 19-20 ноября 1997г., г.Нижний Новгород; Семинаре руководителей и специалистов служб "Движения" метрополитенов СНГ, 4 июня 1998г., г.С.-Петербург; Семинаре отраслевого совещания руководителей и специалистов служб сигнализации и связи метрополитенов Содружества, 23-24 сентября 1998г., г.Харьков; Международном симпозиуме "Автоматика, связь и информационные технологии для рельсового транспорта", 23-24 ноября 1999г., ПГУ ПС, г.С.-Петербург; Семинаре-совещании руководителей и специалистов служб сигнализации и связи метрополитенов содружества, 16-17 октября 2000г., г. С.-Петербург; Совете Главных инженеров
метрополитенов СНГ, 27 ноября 2003г., г.С.-Петербург; Первой Межлуна-родной научно-практической конффенции «ТрансЖАТ-2004», 8-11 июля 2004г., г.С.-Петербург.
Кроме того, результаты диссертации докладывались на всесоюзных, региональных и отраслевых конференциях, а также на расширенном заседании Коллегии МПС ("Новая техника и современные технологии", 1-3 октября 1997г., Экспериментальное кольцо ВНИИЖТа, г.Москва), научно-технических советах Департаментов ПД и ЦШ, сетевых школах, сетевых совещаниях и семинарах (всего 14 докладов).
Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение на расширенных заседаниях кафедры «Автоматика и телемеханика на ж.д.» ПГУ ПС в марте 2002г. и июне 2004 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 73 печатных работы, из них две монографии, тринадцать нормативных документов, учебник и два учебных пособия.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти разделов и заключения. Она содержит 326 страниц основного текста, 57 иллюстраций, 8 таблиц, список литературы из 194 наименований, приложения.
Тенденции совершенствования управления на отечественных железных дорогах
Основной системой оперативного управления на станциях является электрическая централизация стрелок и сигналов (ЭЦ). В настоящее время на сети железных дорог России системами ЭЦ оборудовано около 140 тыс. стрелок, что составляет свыше 75% от общего их количества. В основном это системы релейной электрической централизации, где в качестве элементной базы используются специализированные реле - так называемые реле I класса. В течение последних 60 лет развитие систем происходило по следующим направлениям: повышение пропускной способности горловин станций за счет посекционного размыкания маршрутов; типизация схем ЭЦ с целью упрощения проектирования, строительства и обслуживания системы (ЭЦ блочного типа и с индустриальной системой монтажа); повышение безопасности движения поездов (повышение надежности алгоритма размыкания маршрутов, исключение перевода стрелок при кратковременной потере шунта); расширение функциональных возможностей (кодирование станционных путей, установка маршрутов по ложно занятым секциям, ограждение путей при осмотре составов, оповещение монтеров пути и др.); увязка с системами верхнего уровня и диагностическими системами. Реализация этих мероприятий сопровождалась увеличением числа реле (Приложение 1), приходящихся на одну централизованную стрелку (рис. 1.1) [90, 187].
В первых системах ЭЦ, которые были с центральными зависимостями и местным питанием, выполнялось маршрутное размыкание стрелок и требовалось всего 24 реле на одну централизованную стрелку. В унифицированной системе ЭЦ (с центральными зависимостями и центральным питанием), реализующей посекционное размыкание, это число увеличи ч лось до 36.
В 1947-48 гг. была разработана маршрутно-релейная централизация, автоматизирующая установку маршрутов при нажатии кнопок начала и конца маршрута. При этом в системе требовалось 46 реле на одну цен s трализованную стрелку. В 50-е годы была создана маршрутно-релейная централизация блочного типа (БМРЦ), в которой были типизированы эле-менты схем в виде функциональных релейных блоков (стрелки, светофора, пути и др.), что предопределило увеличение расхода реле на одну централизованную стрелку до 48. Преобладающее число стрелок сети оборудованы системой БМРЦ.
У При разработке в 80-е годы унифицированной системы на реле но вого поколения типа РЭЛ решались задачи исключения в схемах ненадеж ных электролитических конденсаторов, усиления замыкания стрелок, что сопровождалось увеличением числа реле до 64 на стрелку.
Стандартизация блоков с использованием шлангового монтажа была в основе разработки системы ЭЦИ (ЭЦ с индустриальной системой л монтажа), где на одну стрелку приходилось 88 реле. Система ЭЦИ реко мендована для применения на крупных станциях. Ее функциональным аналогом по основным схемным решениям является система ЭЦ-12, рекомендованная МПС для применения на станциях с числом стрелок до 20. На таких станциях число реле на стрелку достигает показателя 128 (П. 1.2).
Столь стремительное увеличение числа реле на стрелку влечет удо-рожание системы и при сохранении существующего темпа строительства ЭЦ требует ввода в действие дополнительных мощностей для их производства. Кроме того, высокие показатели материалоемкости новых релейных систем не позволяют выполнить модернизацию устройств на существующих площадях и требуют строительства новых зданий постов центра лизации. Показанный тренд роста показателя числа реле на стрелку (см. рис. 1.1) отражает ситуацию, когда релейные системы практически исчер-пали себя для расширения функциональных возможностей. За последние 60 лет информационное обеспечение и автоматизация установки маршрутов не изменились. Очевидно, что попытка решения этих задач на реле привела бы к еще более существенному увеличению их потребности. В У связи с этим возникает проблема выбора направлений совершенствования систем в области расширения функциональных возможностей, и прежде всего, информационного обеспечения на новой элементной базе.
Анализ состояния технических средств, проведенный Департаментом сигнализации, централизации и блокировки, показал, что на 1.01.99 г. в эксплуатации находится 33,2% устройств электрической централизации, срок службы которых превышает 25 лет и более [149]. Учитывая высокую составляющую эксплуатируемых средств ЭЦ, выработавших свой ресурс, темпы их модернизации и замены должны быть на уровне 9055 стрелок в t год. Уменьшение темпов обновления устройств приведет к потере влияния .:+ .(. железных дорог на рынке транспортных услуг. Помимо физического старения значительная часть действующих устройств характеризуется громоздкостью конструкции и трудоемкостью технического обслуживания из-за использования релейной базы. Эти обстоятельства определили стратегическое направление совершенствования ЭЦ на основе использования вычислительной техники и внедрение только релейно-процессорных (РПЦ) и микропроцессорных (МПЦ) систем ЭЦ.
На станционном уровне началось внедрение микропроцессорных и релейно-процессорных централизации стрелок и сигналов. Приняты в постоянную эксплуатацию системы МПЦ: ЭЦ-ЕМ (разработчики институт «Гипротранссигналсвязь» и ОАО «Радиоавионика»), Ebilock-950 (адаптированная к условиям России разработка шведской фирмы «Bombardier»). Планируется адаптация и внедрение МПЦ фирмы «SIEMENS» на ряде станций железных дорог России. Эксплуатируются релейно-процессорные централизации, разработанные сотрудниками ПТУ ПС, ВНИИАС, ООО «Диалог-транс». Все эти компьютерные системы, кроме управления стрелками и сигналами, также выполняют функции контролируемых пунктов диспетчерских централизации.
На перегонах с интенсивным движением внедряются современные электронные и микропроцессорные системы автоблокировки АБТЦ, КЭБ, АБ-Е2, АБТЦМ, дополненные средствами диспетчерского контроля или встроенными средствами диагностики отказов. На малодеятельных участках железных дорог перегоны оборудуются устройствами контроля сво-бодности на основе счета осей фирмы SIEMENS, ЭССО (разработчик НПЦ «Промэлектроника») и УКП СО (разработчик У О ВНИИЖТа).
Анализ информационных потоков и взаимодействие оперативного персонала при централизации и концентрации управления
Наиболее эффективно проблема информационного обеспечения диспетчерского персонала может быть решена в условиях функционирования центра диспетчерского управления, оптимизации потоков информационного обмена оперативного персонала, а также создание единого информационного пространства по управлению процессом перевозок.
Анализ информационного поля при работе диспетчеров показывает его неоднородность на различных этапах производственного процесса. В качестве примера рассмотрим структуру информационного обеспечения в нормальном режиме управления технологическим процессом на линии метрополитена (рис.2.4), когда возникающие отклонения в графике не превышают допустимых значений. В данном режиме основной объем информационного обмена поездного диспетчера линии (ДЦХ) составляют переговоры с машинистами и оперативными работниками станций по выполнению графика движения поездов. Взаимодействие с другими диспетчерами осуществляется в следующих случаях: с поездными диспетчерами смежных линий по организации проследования технологических поездов (обкаток, измерительных вагонов-лабораторий и др.), а также при передаче состава с одной линии на другую; k с диспетчерами энергоснабжения по подаче/снятию напряжения на контактный рельс перед началом и по окончании движения поездов; с диспетчерами других служб по мере необходимости по вопросу работы оборудования.
Так необходимость согласования своих действий с ДЦХ смежной линии возникает у поездного диспетчера при планировании следования составов по соединительной ветви. При этом учитываются следующие данные: особенности плана и профиля пути; вид системы интервального регулирования (при необходимости передачи нескольких составов); продолжительность движения состава по соединительной ветви без учета приема его на станцию соседней линии; нормативный график и наличие отклонений в движении на смежной линии; сведения из депо, расположенного на соседней линии, о плановых снятиях напряжения с контактного рельса в парковых и деповских путях согласно заявкам работников служб пути и энергоснабжения.
Таким образом, диспетчера обеих линий должны иметь прогнозную информацию о временах хода подвижного состава по соединительной ветви с учетом дестабилизирующих факторов, возможности и условий его особого проследования (резервом) по линии, на которую поступает состав, а также времени захода в депо. Согласование ранее перечисленных технологических параметров между оперативным персоналом, как правило, занимает продолжительный промежуток времени, с внесением субъективных погрешностей, обусловленных отсутствием информации в реальном масштабе времени о поездном положении на соседних линиях для синхро низации их работы с минимальными потерями.
В нормальном режиме хода технологического процесса по управле нию перевозочным процессом и техническому обслуживанию устройств деятельность диспетчерского персонала других служб ограничивается рамками информационного общения с оперативным персоналом соответствующих служб, а также контролем параметров устройств. Например, электродиспетчер контролирует состояние устройств электроснабжения, аналоговые величины токов и напряжений. Основными задачами диспетчеров эскалаторной и электромеханической службы является слежение за режимами работы оборудования и регламентом выполнения ремонтных и профилактических работ. Сменным инженером и дежурным персоналом службы «Ш» осуществляется контроль исправной работы устройств СЦБ. По результатам анализа такой режим в условиях функционирования Петербургского метрополитена составляет 85-90 % продолжительности рабочей смены.
Формализация распределения функций управления по обеспечению перевозочного процесса в системе человек-машина
Методика алгоритмизации деятельности оперативного персонала позволяет для каждой технологической задачи оптимальным образом распределить функции между человеком-оператором (оперативным персоналом) и аппаратно-программным комплексом системы управления (АПК). Проведенные исследования деятельности оперативного железнодорожного персонала позволили дать оценку возможности автоматизации выполняемых ими функций и определить сокращаемые при этом потери от неоптимальных действий [81, 119]. Вопросы проектирования взаимодействия оператора с техническими средствами следует решать на основе системного подхода [164] (табл.3.1). Рассматривая перечень задач, приведенный в [113], можно отметить, что изначально они представляют собой описание деятельности персонала и его функций управления перевозочным процессом. Поэтому их последующий анализ предполагает выявление блоков, которые могут быть автоматизированы, т.е. сокращаться и быть решены АПК.
Решая задачу закрепления блоков операторов за оператором или АПК, одновременно определяются функциональные связи в системе «человек-машина».
Определяющим фактором при распределении функций является набор параметров человека и АПК (способность работать в нестандартных ситуациях, скорость выполнения вычислительных операций, точность выполнения операций, надежность и др.) [163]. Анализ реализуемости функций АПК позволяет судить о степени формализации задачи.
По результатам такого анализа можно осуществить распределение функций на качественном уровне, когда формализованные вычислительные процедуры выполнять в АПК, а неформализованные возложить на человека [81]. Для этого из алгоритмов решения задач, учитывая возможности создаваемого средства автоматизации, следует отобрать группы или отдельные операторы, на длительность выполнения которых повлияет это устройство. С помощью данных [112] определяются затраты времени на выполнение операторов в условиях автоматизации ta. Тогда, изменение длительности их выполнения составит: At =ґ a, (3.1) где -длительность выполнения блока (оператора) до автоматизации.
Вместе с тем, анализ задач оперативного управления перевозками показал их сложность. Поэтому задачи эффективного распределение функций между АПК и персоналом являются многоразмерными задачами перебора, требующими формализованного подхода. Представление алгоритмов с использованием безусловных вероятностей выполнения логических условий и статистические данные затрат времени на выполнение отдельных блоков операторов позволяет использовать математический аппарат алгебры матриц для вычисления затрат времени на решение задачи, а также для расчетов изменения затрат времени при автоматизации информационного обеспечения и функций управления.
Алгоритм задачи описывается ациклическим графом Gu , которому соответствуют матрицы затрат времени Т[М,1] и безусловных вероятностей выполнения логических условий Р[М, М] [113]. Распределению функций между человеком-оператором и АПК соответствует матрица реализуемости функций (МРФ) F[2, М]. Ее элементы равны Ґ1 .если Г, - ф,\ F,j=\n " (3.2) [О, в противном случае. где 7} -у-й блок операторов, распределенный для выполнения персоналу -ф[.
Для задачи «Прием пригородного поезда» матрица реализуемости формируется из таблицы реализуемости (табл.3.2). В таблице реализуемости в качестве примера автоматизируются блоки операторов идентификации номера прибывающего поезда и записи отклонений от расписания, их выполнение осуществляется АПК (Фа). Функции установки маршрута, переговоры с машинистом о последующем обороте состава и др. реализуются оператором (Фч). При автоматизации функций персоналу предъявляются результаты или варианты решения, которые могут быть приняты или отвергнуты пользователем. Эти затраты оперативного персонала, возникающие вместо требуемых на выполнение блоков до автоматизации, учитываются матрицей затрат Та[М,1].
Автоматизация функций управления на КП станций
По статистическим данным, около 80% составляет время нахождения подвижного состава на железнодорожных станциях. Поэтому эффек 112 тивность перевозочного процесса в значительной степени определяется работой станций, и, соответственно, зависит от системы управления. Современными подходами совершенствования последней является реализация принципов концентрации и централизации с обеспечением оптимизации технологического процесса на направлениях при диспетчерском руководстве из автоматизированного центра управления. В свою очередь, это предъявляет ряд новых требований не только к уровню диспетчерского управления, но и станционному. В развитии станционного комплекса автоматизации можно выделить следующие тенденции [126]: 1) переход на современную элементную базу; 2) повышение показателей надежности и безопасности; 3) расширение функциональных возможностей; 4) интеграция с автоматизированными подсистемами станционного уровня и вышестоящими системами управления; 5) достижение высоких показателей технико-экономической эффективности и улучшения эксплуатационных показателей.
Применение современных средств вычислительной техники на нынешнем этапе определяет стратегию совершенствования элементной базы станционных систем железнодорожной автоматики и, в частности, контролируемого пункта (КП) диспетчерской централизации. Этим достигается снижение материало- и энергоемкости устройств при существенном увеличении информационной емкости.
Также более легко решаются вопросы обеспечения высоких показателей надежности за счет резервирования устройств. Причем резервирование аппаратуры согласно [41] должно охватывать не только средства вычислительной техники (контроллер, чем обычно ограничиваются разработчики систем ДЦ), а все элементы КП, непосредственно обеспечивающие непрерывность перевозочного процесса (устройства сопряжения по кон 113 тролю и управлению ЭЦ, каналы, каналообразующую аппаратуру, источ ники питания).
В этом случае, например, резервирование позволяет также обеспе чить съем и передачу состояния контролируемых объектов по независи мым программно-аппаратным каналам, повышающим достоверность ин формации, что особенно важно во вспомогательных режимах управления при принятии диспетчером решения о пользовании ответственными ко мандами.
В современных системах ДЦ увеличен объем передаваемых ответст w венных команд, реализуемых по правилам построения безопасных схем [128]. Перечень команд вспомогательного режима управления включает: - аварийную смену направления на перегоне, оборудованном двусторонней автоблокировкой; - искусственное размыкание маршрутов или секций маршрута; - вспомогательное открытие переезда; - открытие входного светофора на разрешающее сигнальное показание при ложном срабатывании устройств контроля схода подвижного состава; - вспомогательный перевод стрелок при ложной занятости рельсо вой цепи стрелочно-путевой секции; - разблокирование перегона на малодеятельных участках ДЦ, оборудованных устройствами счета осей, в случае сбоя в работе; - пользование пригласительными сигналами (для метрополитенов).
Выполнение этих функций системой повышает живучесть перево зочного процесса при нарушениях нормальной работы устройств СЦБ. Ряд эксплуатационно-технических требований предъявляется и к выбору про граммно-аппаратных средств КП, основными из которых являются: 114 1) применение средств, не включающих механические устройства (например, вентиляторы, винчестеры), отказ которых может служить причиной возникновения пожара на посту ЭЦ; 2) обеспечение требований электромагнитной совместимости согласно ГОСТ Р 50656; 3) работа аппаратуры КП в диапазоне температур от +5 до +40С; 4) автоматическая загрузка системного и программного обеспечения в случае сбоев и нарушениях электроснабжения; 5) использование аппаратных средств, не требующих профилактического обслуживания; 6) восстановление работы устройств КП при отказах без перерыва работы ДЦ (например, путем переключения на резервный комплект).
Применение программируемой элементной базы позволяет реализовать существующие функции КП меньшими аппаратными средствами, а также достичь их значительного расширения (рис.4.1). Применительно к решаемым задачам КП системы ДЦ-МПК [36], например, функция двукратного перевода стрелок не требует дополнительных реле для схем управления стрелками благодаря программной реализации алгоритма.
