Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование процессов автоматизации диспетчерского управления на отечественных и зарубежных железных дорогах. Цель, задачи и методы исследования 8
1.1. Ретроспективный обзор и анализ процессов автоматизации и реформирования диспетчерского управления на отечественных железных дорогах 8
1.1.1. Централизация диспетчерского управления движением поездов 8
1.1.2. Создание и внедрение микропроцессорных систем 10
1.1.3. Концентрация диспетчерского управления 15
1.2. Ретроспективный обзор и анализ процессов централизации и автоматизации диспетчерского управления на зарубежных железных дорогах 21
1.2.1. Создание АДЦУ 22
1.2.2. Создание АСДУ 24
1.2.3. Техническое оснащение АРМ 26
1.2.4. Автоматизация диспетчерских функций и информационного обеспечения 27
1.2.5. Учет человеческого фактора 32
1.2.6. Специфические технические средства автоматизации 33
1.3. Цель, задачи и методы исследования 34
Глава 2. Теоретические основы структурно-параметрического синтеза и оптимизации автоматизированной системы диспетчерского управления перевозками на полигоне железной дороги 366
2.1. Организационные основы формирования структуры АСДУ перевозками 40
2.1.1. Основные положения исходной системы 40
2.1.2. Постановка задачи синтеза оптимальной структуры эргатической системы управления 45
2.2. Организационные параметры объекта управления и органа управления системы 49
2.2.1. Состав параметров основных элементов системы 49
2.2.2. Обоснование количественных характеристик основных элементов системы 53
2.3. Технологические основы принятия решений по формированию и оптимизации структуры объекта управления АСДУ перевозками 60
2.3.1. Факторы и ограничения, определяющие выделение по технологическим принципам объекта единого управления в диспетчерской системе 60
2.3.2. Установление границ укрупненных диспетчерских участков 62
2.3.3. Установление границ укрупненных районов оперативного управления 63
2.4. Эргономические основы принятия решений по формированию структуры органа управления АСДУ перевозками 65
2.4.1. Состав функций оперативного управления перевозками на полигоне железной дороги 65
2.4.2. Распределение функций в эргатической системе управления 66
2.4.3. Оценка возможностей укрупнения полигонов диспетчерских участков за счет автоматизации функций и информационного обеспечения 70
2.4.4. Определение численности диспетчерского персонала 76
Выводы 367
Глава 3. Методология структурно-параметрического синтеза и оптимизации автоматизированной системы диспетчерского управления на полигоне железной дороги 88
3.1. Формирование и оптимизация структуры объекта управления АСДУ перевозками 88
3.1.1. Анализ системы организации и управления перевозками на полигоне железной дороги для выделения укрупненных диспетчерских участков и районов управления 88
3.1.2. Обоснование числа диспетчерских участков на дороге с учетом эффективности автоматизации 92
3.1.3. Определение числа укрупненных районов управления на полигоне железной дороги с учетом эффективности автоматизации 94
3.1.4. Оценка и сравнение вариантов структуризации полигона железной дороги на укрупненные районы управления 95
3.2. Формирование и оптимизация структуры органа управления АСДУ перевозками 102
3.2.1. Сравнение вариантов концентрации диспетчерского персонала на полигоне железной дороги 102
3.2.2. Формирование и сравнение вариантов расположения автоматизированных диспетчерских центров на укрупненных полигонах автоматизации 109
3.2.3. Определение оптимального варианта размещения диспетчерского персонала укрупненного РУ 112
Выводы 125
Глава 4. Исследование проблемы обеспечения управляемости перевозками на полигоне железной дороги в условиях концентрации диспетчерского персонала в дорожном ЕДЦУ и сохранения отделений 127
368
4.1. Анализ изменения функций оперативного управления отделений в результате концентрации диспетчерского персонала в дорожном ЕДЦУ 127
4.2. Базовая структура и функции оперативного персонала отделения дороги 132
4.3. Основные положения автоматизированного оперативного управления перевозками из ЕДЦУ во взаимодействии с отделениями дороги 135
4.3.1. Сменно-суточное планирование и контроль эксплуатационной работы 135
4.3.2. Управление поездной работой 139
4.3.3. Управление местной работой 143
4.3.4. Управление работой локомотивов и бригад 144
4.3.5. Оперативный учет и анализ 145
4.3.6. Планирование строительно-монтажных работ с перерывом движения поездов 146
4.3.7. Организация работ на контактной сети 147
4.3.8. Назначение и отмена восстановительных и пожарных поездов 148
4.4. Определение численности диспетчеров по местной работе на отделении дороги 148
4.5. Совершенствование диспетчерского управления перевозками на современном этапе 153 Выводы 155
Глава 5. Теоретические основы, имитационное моделирование и алгоритмизация задач прогнозирования пропуска поездов по железнодорожным полигонам 158
5.1. Исследование диспетчерского управления движением поездов как процесса регулирования по отклонениям 158
5.2. Обоснование расчетной глубины прогнозирования пропуска поездов по однопутным участкам 168
369
5.3. Обоснование расчетной глубины прогнозирования пропуска поездов по двухпутным участкам 172
5.4. Автоматизация прогнозирования пропуска поездов по участкам и железнодорожным узлам 175
5.4.1. Исходные положения организации прогнозирования 175
5.4.2. Технологии и алгоритмы моделирования прогнозных графиков 179
5.5. Автоматизация прогнозирования движения поездов на участках без устройств ДЦ и ДК 187
5.6. Моделирование пропуска поездов по направлениям и районам
управления железных дорог 191
5.6.1. Исходные требования 191
5.6.2. Технологии и алгоритмы пропуска поездов по направлениям 194 Выводы 199 Глава 6. Технологические модели и алгоритмы построения диалоговых подсистем функционирования АРМ диспетчерского персонала 201
6.1. Теоретические предпосылки разработки технологических моделей и алгоритмов реализации функций управления 201
6.2. Функция "Выдача и регистрация диспетчерских приказов" 206
6.2.1. Анализ исходных положений и разработка требований к автоматизации функции 206
6.2.2. Технологическая модель и алгоритм автоматизации функции 209
6.3. Функция "Ввод причин задержек и опозданий поездов" 212
6.3.1. Разработка исходных положений и требований к автоматизации функции 212
6.3.2. Технологическая модель и алгоритм автоматизации функции 214
6.4. Функция "Присвоение номеров поездам" 216
6.4.1. Исходные требования к автоматизации функции 216
370
6.4.2. Технологические модели реализации способов присвоения номеров поездам 218
6.5. Функция "Ведение приложения к графику исполненного движения о составах поездов" 221
6.6. Функция "Автоматизированное ведение ГИД на участках без
устройств ДЦ и ДК" 224
6.6.1. Исходные требования и способы их реализации 224
6.6.2. Организация базы данных 228
6.6.3. Общие требования к программному комплексу 229
6.6.4. Реализация программного комплекса автоматизации прогнозирования и регистрации движения поездов на участке без устройств ДЦ и ДК 229
Выводы 234
Глава 7. Исследование эргономических проблем и разработка прикладных методов анализа и повышения эффективности функционирования человеческого звена АСДУ как большой эргатической системы 235
7.1. Системы показателей для оценки неравномерности загрузки, напряженности и надежности деятельности оперативного персонала 235
7.1.1. Оценка внутрисменной неравномерности загрузки диспетчерского персонала 235
7.1.2. Определение информационной напряженности труда на основе предельно допустимых норм деятельности 236
7.1.3. Оценка надежности человека-оператора СЧМ 237
7.2. Совершенствование организации АРМ оперативно диспетчерского персонала 238
7.3. Исследование и разработка комплексных компьютерных автономных и сетевых систем обучения оперативно-диспетчерского персонала 242
371
7.3.1. Исследование требований к профессиональной подготовке операторов систем управления 242
7.3.2. Анализ трудового процесса, целей обучения и учебного материала поездных диспетчеров на АРМ 248
7.3.3. Основные методические, организационные и эргономические решения комплексных АОС 265
7.4. Исследование и разработка автоматизированной системы поддержки технологии безопасной деятельности оперативного
персонала в усложненных условиях 275
7.4.1. Анализ условий деятельности оперативного персонала 275
7.4.2. Основные решения АС ПТБД 279
Выводы 284
Глава 8. Разработка комплексных методик прогнозирования и оценки эффективности мероприятий по автоматизации и реформированию диспетчерского управления перевозками 287
8.1. Общие методические положения 287
8.2. Оценка эффективности автоматизации и реформирования оперативного управления перевозками на полигонах железных дорог 289
8.2.1. Состав факторов эффективности 289
8.2.2. Определение экономии эксплуатационных расходов 290
8.2.3. Определение единовременных и текущих затрат 301
8.2.4. Расчет показателей коммерческой экономической эффективности 304
8.2.5. Требования к исходным данным для расчетов коммерческой экономической эффективности ИП 3 06
8.3. Оценка эффективности создания и функционирования центров управления местной работой на отделениях железных дорог 307
8.3.1. Состав факторов эффективности 307
8.3.2. Определение экономии эксплуатационных расходов 308
8.3.3. Единовременные и текущие затраты 318
372
8.3.4. Расчет показателей коммерческой экономической эффективности 321
8.3.5. Требования к исходным данным для расчетов коммерческой экономической эффективности ЦУМР 322
8.4. Оценка эффективности внедрения автоматизированных рабочих мест поездных диспетчеров 323
8.4.1. Состав факторов эффективности 323
8.4.2. Определение экономии эксплуатационных расходов 324
8.4.3. Определение единовременных затрат 326
8.4.4. Определение текущих затрат 327
8.4.5. Расчет показателей экономической эффективности 328
8.5. Оценка эффективности применения комплексных автоматизированных обучающих систем оперативного персонала 329
8.5.1. Состав факторов эффективности 329
8.5.2. Определение экономии эксплуатационных расходов 329
8.5.3. Определение единовременных затрат 334
8.5.4. Определение текущих затрат 335
8.5.5. Расчет показателей экономической эффективности 337
8.6. Исследование уровня обоснованности прогнозирования и достоверности оценок эффективности мероприятий по автоматизации и реформированию диспетчерского управления перевозками 337
Выводы 340
Общие выводы и заключение 341
Список использованных источников
- Централизация диспетчерского управления движением поездов
- Установление границ укрупненных диспетчерских участков
- Анализ системы организации и управления перевозками на полигоне железной дороги для выделения укрупненных диспетчерских участков и районов управления
- Основные положения автоматизированного оперативного управления перевозками из ЕДЦУ во взаимодействии с отделениями дороги
Введение к работе
Актуальность работы Динамичное развитие железнодорожной от расли происходит в условиях ее эволюционного реформирования, которое проводится в соответствии с утвержденной постановлением Правительства РФ 18.05 2001 №384 Программой структурной реформы
Целью реформирования структуры и автоматизации управления же лезнодорожным транспортом является достижение максимального соответствия этой структуры и методов управления задачам управления перевозочным процессом в рыночных условиях, резко отличающихся от существовавших несколько десятилетий
Отдельным комплексным вопросом является оптимизация системы управления, которая должна максимально гибко адаптироваться к наиболее эффективному решению стратегических задач
Сокращение звенности системы и количества объектов управления требует всесторонне обоснованных и экономически рациональных решений проблемы обеспечения управляемости на каждом этапе реформирования и автоматизации и на каждом уровне большой иерархической системы.
Возрастание сложности диспетчерского труда в условиях укрупнения полигонов управления и автоматизации выдвинуло задачи комплексного эргономического обеспечения программы автоматизации
На отечественных железных дорогах исследованию процессов раз
вития и автоматизации диспетчерской системы управления посвящены ра
боты А Ф Бородина, ВАБуянова, М.Н Василенко, ДВГавзова,
П С Ґрунтова, С Ю Елисеева, В А.Ивницкого, В ШСовалева,
В А Кудрявцева, И М Кокурина, А Б Никитина, А Т Осьминина, А П Петрова, Г А Платонова, В В.Сапожникова, Е А Сотникова, Е М Тишкина, Л П Тулупова, А К Угрюмова, А Д Чернюгова, В А Шарова и др.
Однако, мероприятия по автоматизации диспетчерского управления зачастую осуществлялись без полноценных исследований и технико-экономических обоснований, не давая ожидаемого эффекта, не обосновывалась эффективность применения в управлении перевозками опережающей ход событий стратегии на основе прогноза, сложность диспетчерского труда в условиях автоматизации недооценивалась, не учитывалось влияние неравномерности загрузки и переутомления на его эффективность, методы профессиональной подготовки персонала практически не развивались
Целью настоящего диссертационного исследования является разработка теоретических основ оптимизации диспетчерского управления перевозками на железнодорожных полигонах на основе автоматизации в условиях развития структурной реформы и экономических принципов
Для достижения поставленной цели в диссертации потребовалось решить следующие основные задачи:
Исследование процессов автоматизации, разработка организационных, технологических, эргономических основ и создание методологии структурно-параметрического синтеза и оптимизации автоматизированной системы диспетчерского управления на железной дороге
Разработка теоретических предпосылок, эксплуатационно-технических требований, технологических моделей и алгоритмов построения автоматических режимов и диалоговых подсистем реализации на АРМ основных функций диспетчерского персонала, создание автоматизированной системы диспетчерского контроля движения поездов (АСДК)
Исследование автоматизированной деятельности, разработка и адаптация систем показателей для количественной оценки информационной напряженности и надежности управляющей деятельности диспетчерского персонала в эргатической системе реального времени
Разработка методики комплексной эргономической оценки и рекомендаций по размещению технических средств АРМ диспетчерского
персонала на основе изучения и систематизации эргономических и санитарно-гигиенических требований
Обоснование состава профессиональных знаний, навыков и умений, разработка основных решений автоматизированной обучающей системы (АОС) и системы поддержки технологий безопасной деятельности (АС ПТБД) работников хозяйства перевозок, связанных с движением поездов, в первую очередь поездных диспетчеров и дежурных по станциям
Исследование уровня обоснованности прогнозирования и достоверности оценок эффективности базовых мероприятий по автоматизации диспетчерского управления на железнодорожньк полигонах, разработка комплекса методик и метода выполнения расчетов по оценке ожидаемой коммерческой экономической эффективности различных мероприятий
Объектом исследования является система диспетчерского управления эксплуатационной работой на полигонах железных дорог.
Предметом исследования являются процессы структурной перестройки и автоматизации диспетчерского управления на полигонах железных дорог в условиях развития рыночных отношений и экономических принципов управления
Методы исследования Методическая основа исследований - комплексный, системный подход к разработке проблемы Применены методы теории вероятностей, математической статистики, линейного программирования, теории информации, систем управления, массового обслуживания, экспертных оценок, эргономики и инженерной психологии
Научная новизна результатов исследований заключается в том, что в ней автором впервые.
- разработаны организационные, технологические, эргономические основы и методология структурно-параметрического синтеза и оптимизации автоматизированной системы диспетчерского управления на железно-
дорожных полигонах по критериям оперативности управления и сравнения вариантов по экономической эффективности затрат,
обоснована расчетная глубина текущего прогнозирования, созданы технологии и алгоритмы динамического составления прогнозных графиков на основе имитационного моделирования движения поездов на ЭВМ с оптимизацией по критерию «минимум суммарной задержки поездов на промежуточных станциях» для диспетчерских участков и направлений,
разработаны технологические модели и алгоритмы автоматизации в режиме диалога основных функций диспетчерского персонала с оптимизацией по критерию «минимум затрат времени на реализацию», которые вошли в качестве основных решений тиражируемого АРМ поездных диспетчеров в состав микропроцессорной АСДК,
разработаны эксплуатационно-технические требования к отображению, ведению на диспетчерских АРМ различных видов графиков движения поездов, к оперативному текущему учету и анализу их выполнения с минимизацией затрат времени диспетчерского персонала,
разработана концепция, обоснован состав знаний, навыков и умений поездных диспетчеров и дежурных по станциям и основные решения тиражируемого программно-информационного комплекса АОС для автоматизации профессиональной подготовки оперативного персонала с оптимизацией продолжительности обучения по критериям эффективности деятельности;
сформулированы требования и разработаны основные положения АСПТБД при неисправности устройств, в нестандартных и аварийных ситуациях с минимизацией затрат времени оперативного персонала,
разработаны комплексные методики прогнозирования и оценки коммерческой экономической эффективности базовых мероприятий по автоматизации диспетчерского управления перевозками на железнодорожных
полигонах, предложен метод формирования наборов аналитических выра жений для расчетов эффективности других ИП в этой области. Практическая ценность выполненных исследований.
Результаты исследований позволили обеспечить научно-методическое, технологическое, эргономическое и технико-экономическое сопровождение практического решения проблемы концентрации и автоматизации диспетчерского управления на большей части железных дорог страны; полноценной автоматизации деятельности поездных и узловых диспетчеров, создания и развития комплексных автоматизированных обучающих систем в хозяйстве перевозок и грузовом и системы поддержки безопасной деятельности оперативного персонала
Разработанные обоснования обеспечили учёт характера труда поездных диспетчеров при нормировании их загрузки и установлении границ диспетчерских участков
Применение комплекса методик расчетов по прогнозированию и оценке экономической эффективности мероприятий по автоматизации и реформированию диспетчерского управления и сравнению вариантов позволяет повысить уровень обоснованности принимаемых решений
Широкое использование тиражируемых программно-информационных комплексов для автоматизации профессиональной подготовки обеспечивает возможность повышения квалификации и эффективности труда работников, связанных с перевозками
Реализация диссертационного исследования.
Методика обоснования структуры автоматизированной системы диспетчерского управления на полигонах железных дорог легла в основу разработки в 1989 - 1992 г г технико-экономических обоснований и технических заданий создания ЕДЦУ на большей части железных дорогах страны, в том числе при личном участии автора - на Октябрьской, Север-
ной, Донецкой, Куйбышевской, Прибалтийской, Приволжской, Дальневосточной, Среднеазиатской, Южно-Уральской
Технологические модели и алгоритмы автоматизации основных диспетчерских функций, а также текущего оперативного учета, анализа, ведения и отображения графиков на АРМ использованы при создании автоматизированной системы диспетчерского контроля (АСДК) НПО "Ре-тайм", вошедшей в число четырех систем, рекомендованных к внедрению отраслевой "Программой автоматизации управления движением поездов на 1997 - 2005 г.г", утв МПС РФ в 1996 г. АСДК внедрена на 40 диспетчерских участках Северной и Куйбышевской ж д
Они стали основой для разработки отраслевых типовых технологических и технических решений АРМ ДНЦ, утв в 1994 г, "Типовых требований к единым диспетчерским центрам управления перевозками (ЕДЦУ)» и «Типовых требований к регистрации, отображению, прогнозированию, учету и анализу движения поездов в автоматизированных системах диспетчерского контроля и управления (ДК, ДЦ) на диспетчерских участках и в ж д. узлах», утв МПС РФ в 1999г
В состав этих документов вошли также методики оценки экономической эффективности мероприятий по автоматизации управления, эргономической оценке АРМ, рекомендации по оснащению ЕДЦУ средствами для профподготовки, проектные технологии автоматизированной деятельности диспетчерского персонала и другие разработки, выполненные автором лично или под его руководством
Результаты исследований использованы автором при участии в подготовке решений Коллегии МПС по проблемам диспетчеризации в 1983, 1987, 1996 и 1998 гг., решений заседаний нескольких секций НТС МПС, постоянно действующих комиссий и рабочих групп, членом которых автор является, начиная с 1978 г, решений технико-экономических советов не-
скольких дорог, а также при переработке отраслевых документов по нормированию загрузки диспетчеров в 1984 и 1998 г.г
Организационные, технологические, эргономические и экономические разработки вошли в состав проектной документации ГТСС при создании в 1984 - 1989 г г системы концентрации диспетчерского управления (СКДУ) на Донецкой ж д., в проектную документацию ВНИИАС (б НИИЖА), ПГУПС и ГТСС по созданию и развитию в 1997 - 2004 г г ЕДЦУ на Северной, Куйбышевской, Октябрьской, Южно-Уральской железных дорогах
Исследования в области профессиональной подготовки персонала стали базой для создания под руководством и при активном участии автора силами ПГУПС и ООО «Ретайм» программно-информационных комплексов АОС ДНЦ/ДСП
По решениям Департамента управления перевозками 1994г., Коллегии МПС РФ и Дирекции Совета по ж -д транспорту СНГ 1996г (и более поздним) эти АОС как типовые внедрены в количестве 900 экз на всех железных дорогах страны, свыше 35 дисплейных классов - в ЕДЦУ Октябрьской, Северной, Куйбышевской и других ж.д, во ВЗИИТе, МИИТе, РГО-ТУПСе и еще в 7 вузах, 9 колледжах РФ, стран СНГ и Балтии Их применение в ЕДЦУ железных дорог РФ предусмотрено отраслевыми "Типовыми требованиями к ЕДЦУ перевозками" 1999г, "Программой повышения безопасности движения поездов на железных дорогах РФ" 2003г и другими отраслевыми документами
На основе использования решений АОС ДНЦ/ДСП в ПГУПС была создана АОС для тренажа и контроля знаний в области правил и условий перевозок грузов, которая в 1998г принята в качестве типовой для грузового хозяйства, в 2004 - 2005 г г автором диссертации выполнены разработки в состав документации «Типового учебного центра» ЦД ОАО «РЖД»
На основе результатов исследований индивидуально и в соавторстве подготовлены и изданы учебник для студентов вузов ж д транспорта, свыше 20 учебных пособий и методических указаний по дисциплинам "Технология и управление эксплуатационной работой", "Эргономика", "Системы автоматизации управления" и "Информационные технологии на транспорте", которые используются в учебных заведениях ж д транспорта
Более 70 студентов ПГУПС в дипломных проектах по специальности «Организация перевозок и управление на транспорте (железнодорожном)» выполняли разработки в рамках исследований автора диссертации
Степень достоверности результатов проведенных исследований.
Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы и подтверждены комплексом выполненных исследований, натурными наблюдениями, данными социологических опросов; результатами массовых расчетов по обоснованию структур АСДУ, укрупнению диспетчерских участков, прогнозированию экономической эффективности различных инвестиционных проектов по автоматизации управления, а также широкой практической реализацией на сети железных дорог, в проектных институтах и учебных заведениях железнодорожного транспорта в РФ и за рубежом На защиту выносятся:
1. Теоретические основы и методология структурно-параметрического синтеза и оптимизации автоматизированной системы диспетчерского управления на полигоне железной дороги,
Обоснования расчетной глубины, технологии и алгоритмы прогнозирования пропуска поездов по железнодорожным полигонам на основе динамического имитационного моделирования их движения,
Технологические и эргономические требования к визуализации, на основе компьютерных методов, информации о графиках движения поездов по железнодорожным полигонам и предложенные решения,
Теоретические предпосылки, технологические модели и алгорю-мы построения автоматических режимов и диалоговых подсистем реализации основных функций диспетчерского персонала,
Прикладные методы анализа и повышения эффективности и качества функционирования человеческого звена АСДУ как большой эргатиче-ской системы реального времени,
6 Методики прогнозирования и оценки коммерческой экономической эффективности базовых мероприятий по автоматизации диспетчерского управления перевозками на железнодорожных полигонах;
7. Основные методические, технологические и эргономические ре шения автоматизированной системы диспетчерского контроля (АСДК) с АРМ поездных диспетчеров, комплексной автоматизированной системы обучения поездных диспетчеров и дежурных по станциям (АОС ДНЦ/ДСП), автоматизированной системы поддержки технологии безопас ной деятельности оперативного персонала (АС ПТБД) и их внедрение.
Апробация работы Отдельные положения и результаты исследова ний докладывались, обсуждались и получили одобрение на шестнадцать всесоюзных, всероссийских и международных научно-технических и научно-практических конференциях, а также на восемнадцати общесетевых и других конференциях, семинарах, совещаниях, состоявшихся в ЛИИЖТе-ПГУПСе, МИИТе, РИИЖТе, БелИИЖТе, ТашИИТе, СПГЭУ, ВДНХ СССР, НИИЖА, ВНИИАСе, ГТСС, в Ленинграде - Санкт-Петербурге, Москве, Воронеже, Кирове, Тюмени, Львове, Ворошиловграде, Новомосковске, Гомеле, Калининграде, Риге, Ярославле, Донецке, Ростове-на-Дону, Ташкенте, Свердловске, Алма-Ате, Омске (полные сведения даны в списке публикаций), на 4 заседаниях секций научно-технического совета МПС, на ежегодных общесетевых совещаниях главных инженеров и заместителей начальников служб перевозок по АСУ, заместителей начальников дорог по перевозкам, проводимых в течение нескольких лет Депар-
таментом управления перевозками, на заседаниях научно-технических советов Октябрьской, Северной, Донецкой, Прибалтийской ж.д
Диссертационная работа в целом обсуждалась и получила одобрение на расширенных заседаниях кафедры «Управление эксплуатационной работой» ПГУПС 30 мая 2000 г и 3 апреля 2007 г
Публикации, объем и структура диссертации По исследуемой теме опубликовано 97 работ общим объемом более 54,6 печатных листов, в том числе две книги, учебник и пять учебных пособий
Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, списка использованных источников из 186 наименований и 10 приложений Она содержит 373 страницы машинописного текста (44 рисунка, 29 таблиц) и десять приложений на 195 страницах.
Централизация диспетчерского управления движением поездов
Периодические обзоры и анализы процессов развития систем диспетчерского управления на железных дорогах развитых зарубежных стран выполняются автором диссертации, начиная с начала 70-х годов прошлого века, примерно с 10-летним интервалом, в связи с участием в отраслевых разработках по этой проблеме. В этом пункте в систематизированном виде дана выборочная информация за последние 15 лет, которая, по мнению автора, представляет интерес в контексте задач, исследуемых и разрабатываемых в диссертации: создание автоматизированных диспетчерских центров управления (АДЦУ) с концентрацией оперативного персонала; создание автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) движением поездов; техническое оснащение автоматизированных рабочих мест (АРМ) диспетчерского персонала; автоматизация функций и информационного обеспечения диспетчеров; учет человеческого фактора при решении задач автоматизации; специфические технические средства автоматизации.
Выполненное исследование позволяет заключить, что уже к началу девяностых годов прошлого века на железных дорогах экономически развитых стран мира широко применялась вычислительная техника для автоматизации и централизации диспетчерского управления перевозками [137, 138, 139, 153,154,155].
В США, Канаде, Японии, Великобритании, Швеции, Италии, Германии, Австрии и других странах к настоящему времени созданы автоматизированные диспетчерские центры управления с общими залами для дежурного персонала, общим информационным табло и индивидуальными автоматизированными рабочими местами для диспетчеров. С помощью АДЦУ обеспечивается руководство эксплуатационной работой на крупных железнодорожных полигонах, а в Канаде, Италии, Германии, Швейцарии и Дании - на территории всей страны [21, 27, 28, 30, 47, 58, 62, 68, 74, 83, 84, 86, 100, 115, 125, 136, 159, 160, 180, 181, 182, 186]. Так, на железных дорогах США центр диспетчерского контроля (ЦДК) западного отделения железной дороги Рио-Гранде, который расположен в штаб-квартире в Денвере (штат Колорадо), управляет движением на участке протяженностью 2,9 тыс. км. ЦДК содержит 5 рабочих мест диспетчеров, оснащенных всем необходимым оборудованием [181].
Функционируют центры управления движением поездов в Джексонвилле и Омахе. Последний охватывает железнодорожный полигон протяженностью 32 тыс. км, имеет 54 оснащенных персональными табло рабочих места участковых поездных диспетчеров.
Диспетчерский центр в Розвилле имеет 18 АРМ диспетчеров, 10 АРМ помощников главного диспетчера и одно - главного диспетчера. Во втором центре, в Денвере, предусмотрено 14 АРМ диспетчеров, 6 АРМ помощников главного диспетчера.
Одна из крупнейших в США железнодорожная компания Berlington Norten (БН) в начале 1995 г. ввела в эксплуатацию новый ЦУПП в Форт-Уэрте с целью поэтапно сконцентрировать контроль и управление работой всего полигона дороги с эксплуатационной длиной около 37350 км и обращением ежесуточно 500 - 600 поездов [21]. В диспетчерском зале площадью 4200 кв. м веерообразно в трех ярусах функционирует 92 АРМ нижнего уровня; 23 управляющих сервера контролируют по 4 АРМ, обеспечивая управление движением поездов, локомотивными парками и поездными бригадами. Системный сервер верхнего уровня контролирует работу серверов среднего уровня.
На Канадских национальных железных дорогах базовый центр автоматизированного управления перевозками находится в Виннипеге. С 1991 года функционирует объединенный Центр управления (ОЦУ) перевозками в Монреале, обеспечивая управление движением поездов на полигоне протяженностью 30 тыс. км. ОЦУ использует автоматизированные системы ТОРС (планирование поездной работы) и MPS (составление графика оборота локомотивов и привязки их к поездам) [155]. Рабочие места локомотивных диспетчеров находятся непосредственно перед табло коллективного пользования протяженностью 25 м и высотой 1,65 м; за ними расположено АРМ главного локомотивного диспетчера. Далее размещаются компьютеризованные АРМ поездных диспетчеров, на которых отображаются схемы определенных диспетчерских участков.
В Швеции в 90-е годы 20-го века выполнены работы по созданию компьютерного ЦДУ для управления движением поездов в Стокгольмском регионе эксплуатационной длиной 600 км. 15 АРМ оперативного персонала размещены перед проекционным табло общего пользования в общем зале цилиндрической формы, имеющем три уровня [27]. Имеются помещения энергодиспетчеров, центр обучения и тренажа.
Установление границ укрупненных диспетчерских участков
Полигоны железнодорожных направлений, узлов или укрупненных районов (РУ), как объектов концентрированного автоматизированного управления эксплуатационной работой, должны устанавливаться по технологическому принципу: организации единого оперативного управления работой линий по направлениям следования вагонопотоков и использования локомотивов на удлиненных участках обращения. При этом необходимо анализировать следующие технологические факторы [28, 40, 122, 162]: - расположение пунктов массового зарождения и погашения грузо- и пассажиропотоков; - размещение пунктов массовой переработки вагонопотоков; - границы различных видов тяги и родов тока (на электрифицированных линиях); - границы полигонов или удлиненных участков обращения локомотивов грузового и пассажирского движения; - месторасположение технических устройств (локомотивных, электро- и вагонных депо и т.д.); - границы пригородных зон крупных городов; - полигоны обращения замкнутых кольцевых маршрутов и других поездов, обслуживающих местную работу; - границы плеч обслуживания локомотивных бригад; - границы гарантийных участков обслуживания вагонов ПТО; - границы сетевых технологически обусловленных направлений.
Кроме того, следует также рассматривать: - границы административно-территориального деления страны, железных дорог, отделений дорог, диспетчерских кругов, узлов и станций, поездо-участков учета выполнения графика движения поездов, объектов управления в особый период.
Поэтому число диспетчерских участков, входящих в состав укрупненного РУ (а значит, и другие показатели), в каждом отдельном случае может отличаться от оптимального (7). Оно должно определяться в процессе установления технологически обусловленных границ конкретного направления (узла) с учетом специфики эксплуатационной работы последнего, и быть оптимальным по условиям управляемости при автоматизации управления или близким к нему.
Границы диспетчерских участков внутри укрупненных объектов оперативного автоматизированного управления следует устанавливать, также исходя из технологических факторов и с учетом того, что автоматизация, как показали специальные исследования и расчеты [28, 39, 50, 80, 122, 152], позволяет снизить загрузку поездных диспетчеров не менее чем в 1,4-1,8 раза (с учетом перевода рабочего места в категорию В).
В числе показателей, характеризующих состав укрупненного объекта управления, целесообразно учитывать наличие на направлении (узле) локомотивных депо, вагонных депо и ПТО, пунктов погрузки и выгрузки вагонов, энергоучастков и тяговых подстанций, дистанций пути, сигнализации и связи, механизации погрузочно-разгрузочных работ, так как количество этих подразделений в границах объекта управления оказывает непосредственное влияние на загрузку диспетчерского аппарата.
При выделении укрупненных объектов управления следует учитывать и объем работы в баллах, по которому, согласно действующей инструкции, объект может быть отнесен к тому или иному классу.
При определении границ диспетчерских участков и разработке структуры системы диспетчерского управления направлением (узлом) и железной дорогой в целом следует учитывать следующие ограничения: - допустимая загрузка диспетчера выполнением своих функциональных обязанностей (по физическим и психологическим возможностям); - норматив численности работников, находящихся в непосредственном подчинении одного лица в человеко-машинной автоматизированной системе оперативного управления; - оптимальная протяженность участков обращения локомотивов; - разрешающие возможности технических средств диспетчеризации по количеству управляемых и контролируемых объектов.
В основу деления полигона дороги на диспетчерские участки должен закладываться уровень загрузки поездных диспетчеров. На каждом участке уровень загрузки диспетчера в условиях автоматизации не должен превышать нормативную величину.
При выборе границ диспетчерских участков, одновременно с этим основным фактором, рекомендуется придерживаться следующих условий, определяемых технологией организации перевозочного процесса [28, 40, 122, 162]: 1) диспетчерский участок должен целиком охватывать один или несколько участков местной работы; 2) по возможности должен соблюдаться принцип неделимости тяговых плеч; 3) диспетчерский участок должен включать в себя один или несколько поездо-участков учета выполнения графика движения поездов.
Границы диспетчерских участков следует располагать на станциях формирования поездов, обработки транзитных поездов, смены локомотивов, смены бригад. Целесообразно учитывать наличие на станциях локомотивных и вагонных депо, пунктов оборота локомотивов, ПТО, пунктов погрузки и выгрузки вагонов, а также границы энергоучастков, дистанций пути, сигнализации и связи, и т.п., так как наличие этих подразделений в границах объекта управления оказывает определенное влияние на технологию работы участка и загрузку диспетчера.
Анализ системы организации и управления перевозками на полигоне железной дороги для выделения укрупненных диспетчерских участков и районов управления
При создании автоматизированных систем диспетчерского управления перевозками на укрупненных полигонах могут создаваться региональные АДЦУ либо филиалы ЕДЦУ. При этом также возможны варианты географического расположения РАДЦУ на территории своих РУ [28, 122].
При выборе мест размещения региональных центров управления целесообразно руководствоваться следующими факторами: 1. наличием бывшего отделения дороги; 2. наличием крупного города или административного центра; 3. обеспечением в необходимой мере кадрами и техническими средствами управления (каналами связи, вычислительной техникой, АРМ и т.п.); 4. географическим расположением центра управления по отношению к крупным станциям и другим основным подразделениям своего района; 5. наличием резервных пунктов управления.
Наличие отделения дороги в пункте, где намечается разместить автоматизированный центр управления укрупненным районом, создает возможность использования существующих помещений, оборудования, технических устройств и линий связи.
Наличие крупного административного центра предполагает возможности более тесного контакта руководителей центра управления с местными органами по вопросам удовлетворения потребностей предприятий региона в перевозках народнохозяйственных грузов, более быстрое и качественное решение социальных вопросов для работников центра управления.
Наличие каналов связи и другой необходимой техники обеспечивает экономию капитальных вложений на оснащение центра управления необходимыми устройствами и связью с линейными объектами.
Минимальное среднее расстояние от центра управления до крупных станций и депо обеспечивает более высокую оперативную связь и взаимодействие центра управления с руководителями структурных единиц района управления.
Наличие резервного пункта управления призвано обеспечить управляемость перевозочным процессом в условиях особых периодов.
При выборе наиболее предпочтительного варианта размещения РАДЦУ их сравнение следует осуществлять на основе определения количественных значений сопоставляемых факторов и производить по суммарным затратам, связанным с обеспечением управляемости перевозками на укрупненном полигоне из РАДЦУ (филиала ЕДЦУ).
Инвестиционные затраты в z -м варианте (Кдоп,) слагаются из вложений на реконструкцию существующего или строительство нового здания для размещения РАДЦУ (Кзді), развитие линий связи (Ксв1), усиление энергоснабжения (Кэ1), оснащение центра вычислительной и другой необходимой техникой (КтехЛ).
Кроме того, здесь же должны быть учтены расходы, связанные с перемещением оперативного и технического персонала на новое место работы и жительства {КжА) и на подготовку этой категории специалистов из местных работников (Км,). Отсюда: Кдопл = Кздл + Ксв1 + КэЛ + Ктехл + КЖ1 + Кмл., тыс .руб. (3.16)
Экономия эксплуатационных расходов по вариантам размещения РАДЦУ (Э,) будет определяться уровнем управляемости, зависящим от удаленности объектов управления от центра, и увеличением объемов перевозок, косвенно зависящих от контактов с местными органами власти и предприятиями региона: Э,. =- с.2-у/-365-1(Г3,тыс. руб., (3.17) Ill где YJNLi - количество поездо-км в сутки от РАДЦУ до «К» сортировочных и участковых станций района управления в і-м варианте; с - потери от ошибок в управлении, приходящиеся на 100 поездо-км, руб.; Я - доля потерь, зависящая от удаленности основных объектов управления от центра; if/ - коэффициент, учитывающий увеличение объема перевозок в зависимости от возможностей взаимодействия с местными органами власти и предприятиями региона.
Вариант размещения РАДЦУ на полигоне единого автоматизированного управления, обеспечивающий более высокий интегральный эффект (чистый дисконтированный доход), следует принимать в качестве предпочтительного.
При затруднениях с денежной оценкой вариантов для оценки влияния каждого из указанных факторов можно воспользоваться экспертными методами и системой коэффициентов (баллов). При этом каждый фактор оценивается коэффициентом, изменяющим свою величину в определенном интервале в зависимости от экспертной оценки его значимости при решении вопроса о пункте размещения регионального АДЦУ.
Размещение РАДЦУ в здании отделения дороги создает возможность использования в значительной мере существующих помещений, оборудования, линий связи и потому может оцениваться самым высоким баллом, например, от 8 до 10 при 10-балльной системе.
Размещение РАДЦУ в крупном административном центре предполагает более тесные контакты с местными органами власти и предприятиями региона и также может оцениваться достаточно высоко, например, от 6 до 8.
Основные положения автоматизированного оперативного управления перевозками из ЕДЦУ во взаимодействии с отделениями дороги
Основные методические положения автоматизации прогнозирования пропуска поездов на базе моделирования их движения в режиме реального времени, реализация которых, на наш взгляд, позволяет максимально сократить объем ручной работы диспетчеров на АРМ таких участков, сводятся к следующему [28, 122].
При разработке ПГДП на АРМ поездных диспетчеров участков, не оборудованных ДЦ или ДК, обеспечиваются следующие возможности: формирование ПГДП на основе моделирования их движения и решения конфликтных ситуаций по критерию минимума суммарных задержек, т.е. максимальной участковой скорости; формирование вариантов ПГДП; возможность просмотра прогнозного графика в графическом и табличном виде; ведение архива ПГДП.
Формирование ПГДП начинается от точек положения поездов на линии настоящего времени и точек ожидаемого подхода и осуществляется при включении поездным диспетчером режима его моделирования с использованием следующих оперативных исходных данных: текущего положения всех поездов на участке; планов отправления поездов со станций участка в ближайшие 3-4-6 часов; планов подходов поездов к стыковым станциям участка в ближайшие 3-4-6 часов; об «окнах» и ограничениях, действующих и планируемых на участке на период прогнозирования; о выключенных из поездной работы путях станций; о продолжительности периода прогнозирования, задаваемого диспетчером.
При моделировании ПГДП должны используются нормативные данные, основными из которых являются: категории поездов, обращающихся на участке; группы номеров поездов для каждой категории; 190 перегонные времена хода поездов четного и нечетного направлений для каждой из категорий, по каждому пути каждого перегона (в идеале автоматически рассчитываются в оперативном режиме для каждого поезда); времена разгона и замедления для каждой из выделенных категорий поездов по каждой станции в обоих направлениях (в идеале автоматически рассчитываются в оперативном режиме для каждого поезда); интервалы скрещения и неодновременного прибытия поездов на станциях; интервалы попутного следования поездов на однопутные перегоны после их освобождения (при полуавтоматической блокировке); интервалы попутного отправления и попутного прибытия поездов, интервалы в пакете для двухпутных участков; перечень особых отметок, вводимых пользователями для данного участка.
При запуске на реализацию, функция формирования ПГДП должна выполняется автоматически. Формирование ПГДП осуществляется на основе моделирования движения поездов по участку в соответствии с технологией, изложенной в п. 5.4.2 диссертации, с использованием нормативных и оперативных данных и обеспечением условий безопасности движения поездов: исключение отправления поездов на занятый перегон; исключение приема поезда на занятый путь станции; использование специализированных путей станций при наличии особых отметок (условий) для приема (пропуска) поездов; обеспечение заданных (рассчитанных оперативно) времен разгона, замедления при отправлении и приеме поездов на станции; соблюдение станционных и межпоездных интервалов при определении времени прибытия и проследования поездов.
Обеспечивается возможность моделирования нескольких вариантов ПГДП на основе задаваемых диспетчером различных вариантов исходных данных, в том числе вариантов организации скрещений и обгонов поездов с целью оптимизации ПГДП по критерию минимума суммарной задержки поездов на участке.
Для каждого из сформированных вариантов ПГДП обеспечивается возможность его просмотра в графическом и табличном виде. Для использования в работе выбирается один из полученных вариантов прогнозного графика, с учетом принятых ДНЦ критериев оптимальности. Выбранный для реализации вариант ПГДП фиксируется в памяти АРМ.
