Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Автоматизация диспетчерской системы управления на отечественньгх и зарубежных железных дорогах. Цель и методы исследования 7
1.1. Обзор опыта отечественных железных дорог по автоматизации диспетчерского управления на железнодорожных участках 7
1.2. Обзор опыта зарубежных железных дорог по централизации и автоматизации диспетчерского управления 12
1.3. Цель, задачи и методы исследования 23
Выводы 25
Глава. Разработка основных положений рекомендуемой деятельности поездных диспетчеров на автоматизированных рабочих местах 28
2.1. Анализ различий в технологии деятельности поездного диспетчера при ручном и Автоматизированном режимах работы 28
2.1. Обоснование уровня автоматизации функций поездных диспетчеров 36
2.2. Обоснование уровня автоматизации информационного обеспечения поездных диспетчеров (на арм) 42
2.3. Рекомендуемый состав комплекса технических средств арм поездных Диспетчеров 51
2.4.0боснование величины снижения загрузки, и роста производительности труда поездных диспетчеров за счет автоматизации функций и информационного обеспечения 53
Выводы 57
Глава III. Исследование управляющей деятельности поездных Диспетчеров на автоматизированных рабочих местах 59
3.1. Корреляционно-регрессионный анализ факторов, характеризующих армднц 59
3.2. Анализ уровня учета характера деятельности днц на арм при нормировании их Труда в условиях автоматизации 72
Выводы 87
Глава IV. Исследование вопросов эргономического обеспечения автоматизированной деятельности поездных диспетчеров 89
4.1. Методика комплексной эргономической оценки автоматизированных рабочих мест оперативно-диспетчерского персонала 89
4.2. Обследование и комплексная эргономическая оценка размещения ктс арм Поездных и дорожных диспетчеров 99
4.3. Рекомендации по компоновке ктс арм с учетом комплексных Эргономических требований 102
4.4. Анализ факторов, влияющих на диспетчера в процессе работы на арм 107
4.5. Разработка программного обеспечения для создания базы данных и расчета обобщенных эргономических показателей арм 119
Выводы 127
Глава V. Оценка ожидаемой экономической эффективности Автоматизации диспетчерского управления на участках 129
5.1. Факторы эффективности внедрения арм 129
5.3. Расходные составляющие при внедрении арм : 136
5.4. Расчет ожидаемой экономической эффективности внедрения арм днц на основе действующих систем дц 138
5.5. Расчет ожидаемой экономической эффективности при создании арм днц в составе автоматизированной системы диспетчерского контроля 149
Выводы 160
Общие выводы 161
Список использованных источников
- Обзор опыта зарубежных железных дорог по централизации и автоматизации диспетчерского управления
- Обоснование уровня автоматизации информационного обеспечения поездных диспетчеров (на арм)
- Анализ уровня учета характера деятельности днц на арм при нормировании их Труда в условиях автоматизации
- Обследование и комплексная эргономическая оценка размещения ктс арм Поездных и дорожных диспетчеров
Обзор опыта зарубежных железных дорог по централизации и автоматизации диспетчерского управления
К началу девяностых годов на железных дорогах экономически развитых стран мира наиболее широко применялась вычислительная техника для автоматизации управления перевозочным процессом.
За основное направление научно-технического прогресса принято создание комплексных машиноуправляемых систем, обеспечивающих оптимизацию управления перевозочным процессом на крупных железнодорожных полигонах. Эти системы создаются в Европе, США, Канаде, Японии на базе автоматизированных систем оперативного управления перевозками (АСОУП). Технический уровень этих АСОУП в разных странах неодинаков, хотя цели, основные задачи и конечные функции этих систем идентичны, а разработка и развитие осуществляются по согласованным требованиям. [1, 4, 28, 32, 33, 35, 37, 47]. Функциональные возможности АСОУП в основном определяются уровнем развития сети передачи данных, наличием аппаратуры автоматической регистрации первичной информации и состоянием технологических исследований перевозочного и других связанных с ним производственных процессов. Ограничения на средства обработки информации сняты, так как производство электрон ной вычислительной техники достигло такого уровня, когда комплексы ЭВМ, а также общесистемное программное обеспечение стали доступными для автоматизации.
На железных дорогах США, Великобритании, Италии, Канады, Франции, Германии, Швейцарии, Швеции, Японии действуют АСОУП третьего поколения. Они характеризуются наличием аппаратуры автоматического в реальном масштабе времени контроля местонахождения и состояния поездов, локомотивов, а иногда вагонов и грузов (в том числе на отдельных дорогах США и Канады - систем автоматического считывания номеров подвижного состава), массовым использованием персональных ЭВМ для создания автоматизированных рабочих мест работников, связанных с организацией перевозочного процесса. С помощью этих систем осуществляется прогнозирование вагоно- и грузопотоков, оперативное планирование поездной и грузовой работы, решаются оптимизационные задачи по планированию работы локомотивов (США, Германия, Франция, Швеция, Япония), регулированию порожних вагонов (США, Германия, Швейцария, Швеция), оперативной корректировке графиков движения поездов (Германия, Швеция).
На отдельных железных дорогах США, Канады и Японии начато внедрение «безбумажной» технологии (электронная обработка данных вместо железнодорожных накладных).
Технологией двадцать первого века названы «экспертные» самообучающиеся системы, создаваемые в США, Италии и Японии и применяемые для разработки вариантов принятия решений при оперативной корректировке графиков движения поездов, регулировании подачи порожних вагонов, диагностике вагонов, локомотивов и отдельных устройств тяговых подстанций. На большинстве железных дорог экономически развитых стран получили широкое распространение автоматизированные системы управления движением поездов, заменившие аппаратуру диспетчерской и станционной электрической централизации.
В США, Канаде, Японии, Великобритании, Швеции, Италии, Германии, Австрии и других странах созданы автоматизированные диспетчерские центры управления (АДЦУ) с общими залами для дежурного персонала, общим информационным табло и индивидуальными автоматизированными рабочими местами (АРМ) для диспетчеров. С помощью АДЦУ обеспечивается руководство эксплуатационной работой на крупных железнодорожных полигонах, а в Италии и Дании - на территории всей страны.
В США наибольшее количество ЭВМ используются для автоматизации управления работой сортировочных станций и в системах диспетчерской централизации.
Железнодорожная компания Union Pacific Railways ввела в эксплуатацию автоматизированную систему диспетчерского управления движением поездов на базе ЭВМ (ATCS), позволяющую регулировать движением 200-250 поездов на полигоне 32 тыс. км железных дорог США и Канады [55]. Система предусматривает повышение скорости и безопасности движения поездов, рациональное использование энергоресурсов локомотивами и повышение производительности труда обслуживающего персонала.
Рабочее место каждого из диспетчеров оборудовано одним цветным и двумя монохроматическими видеотерминалами, на которые выводится необходимая информация. В зависимости от поездной обстановки зона, обслуживаемая каждым диспетчером, может сокращаться или увеличиваться.
Как правило, управление движением поездов в диспетчерском центре осуществляется автоматически. Диспетчер обладает целым рядом возможностей для вмешательства в работу системы.
Комплект из 16 проекторов компании Barco-Dafa обеспечивает непрерывное отображение информации о движении поездов на линии протяженностью 1770 км, связывающей город Грэнджер (штат Вайоминг) и Сиэтл (штат Вашингтон).
Центр диспетчерского контроля (ЦДК) западного отделения железной дороги Рио-Гранде расположен в штаб-квартире в Денвере (штат Колорадо) и управляет движением на участке протяженностью 2,9 тыс. км.
ЦДК содержит 5 рабочих мест диспетчера, оснащенных всем необходимым оборудованием. Перед каждым диспетчером расположена консоль связи и цветной дисплей для индикации состояния контролируемого участка пути. Посредством переключателей диспетчер может устанавливать дуплексную радиосвязь с любым поездом, а также управлять стрелками и сигналами.
Обоснование уровня автоматизации информационного обеспечения поездных диспетчеров (на арм)
Технология реализации большинства остальных функций существенно, подчас принципиально, изменяется: - переговоры, считывание записей на ГИД и в журналах, обзор нормативных документов, оформленных на бумаге, в значительной мере заменяются запросами информации на ТС АРМ (Т, ГП, ПУ), считыванием её с экранов и бумажных носителей, визуальным обзором информационных сообщений в графической, табличной и алфавитно-цифровой форме; - ручное ведение ГИД и приложения к нему, разработка ПГД и его сравнение с НГД заменяются их автоматическим ведением, разработкой, сравнением и оформлением на твердом носителе (при разработке вариантов ПГД и регулировочных мер используется автоматизированный режим) диалога диспетчера с ЭВМ или ручной с использованием БТП - при отсутствии экспертной системы; - ручное, с использованием штампов, оформление и регистрация диспетчерских приказов, передача их по средствам связи заменяются автоматизированным оформлением в режиме диалога, автоматической передачей, регистрацией и выдачей на печать; - ручная аналитическая работа по контролю и оценке хода выполнения заданий сменно-суточного плана поездной и грузовой работы, показателей работы участка заменяется автоматическим анализом, выдачей аналитической информации на ТС (Т, ПУ) по инициативе системы или по запросу диспетчера, визуальным ее обзором и восприятием.
Таким образом, технология управляющей деятельности поездного диспетчера на АРМ при исправной работе устройств становится в значительной мере безбумажной, с минимумом переговоров, протекающей в основном в общении с КТС АРМ, что зависит от уровня автоматизации функций и информационного обеспечения диспетчера.
К числу новых, связанных с получением, переработкой и передачей информации в условиях нормального функционирования АРМ, операций и действий относятся: - частое обращение диспетчера к табло-мнемосхеме участка, считывание, восприятие и использование в работе представленной на нем информации; - систематическое считывание информации с экранов терминалов, с графопостроителя (плоттера), печатающего устройства (принтера), ее восприятие, анализ и использование при выполнении функций управления; - систематические запросы (с помощью клавиатуры) выборочной и интегральной информации с выводом её на экраны терминалов, графопостроитель, печатающее устройство, а значит и управление работой этих устройств; - систематический ввод и корректировка (в режиме диалога) информации в систему как по запросам системы (по инициативе системы), так и по инициативе диспетчера; - использование бланка текущего планирования работы на участке.
Для успешного овладения этими новыми функциями диспетчер должен быть способен: - быстро определять состав информации, требующейся для решения каждой конкретной задачи управления; уметь наиболее рациональным способом получить (или опознать) ее на соответствующие ТС АРМ; - быстро и четко работать на клавиатурах всех ТС АРМ при запросе, вводе или выводе информации, в том числе в режиме диалога; - помнить "меню" информации, хорошо знать все выходные информационные формы (видеограммы), быстро находить в них искомую информацию.
Напряженность труда в этих условиях существенно возрастает.
При сбоях и отказах в работе отдельных ТС АРМ поездной диспетчер может использовать различные варианты замещения одних ТС другими, чтобы избежать перехода к выполнению тех или иных функций вручную с использованием традиционных средств связи и фиксации информации. Может быть использовано резервное АРМ.
При невозможности оформлять приказы с использованием ЭВМ диспетчер временно оформляет и передает их причастным работникам действующим порядком. При восстановлении действия системы эти приказы могут быть продублированы вводом в ЭВМ. При отсутствии автоматического слежения за поездной ситуацией прекращается автоматическое ведение и накопление ГИД и расчет ПГД. Уже накопленный ГИД может быть распечатан на ГП с оставлением свободного рабочего поля и переходом к ведению ГИД и расчету ПГД вручную. ГИД и ПГД вручную может вестись диспетчером и на БТП обычным порядком. При восстановлении действия системы, данные о продвижении поездов по участку за период отказа вводятся диспетчером в ЭВМ для обеспечения полноты информационного массива ГИД в её памяти.
При полном отказе связи с устройствами СЦБ диспетчер ведет ГИД и разрабатывает ПГД вручную Опыт показывает, что решение проблемы автоматизации оперативного управления - сложный и длительный процесс, который должен вестись с учетом множества факторов влияния.
В опубликованных исследованиях [2, 5, 10, 39, 42, 43, 44, 46, 53, 54, 62, 63, 67, 85, 70, 79, 84, 88, 89, 91, 96] по автоматизации функций оперативного персонала недостаточно учитываются значение местных условий работы и влияние субъективных факторов на работу ДНЦ. Также недостаточно учитывается мнение непосредственных организаторов работы на диспетчерских участках.
Анализ уровня учета характера деятельности днц на арм при нормировании их Труда в условиях автоматизации
В рамках диссертационной работы проведено исследование факторов, влияющих на поездных диспетчеров на автоматизированных рабочих местах, На автоматизированных рабочих местах Октябрьской, Северной, Куйбышевской, Горьковской и Приволжской железных дорогах было проведено социологическое обследование персонала. Опытным диспетчерам-экспертам была предложена анкета (форма-шаблон анкеты приведена в Приложении 3) в которой по десятибалльной шкале они оценивали уровень важности каждого фактора-показателя для автоматизированного рабочего места.
Эксперты оценили уровень важности шестнадцати основных факторов, сгруппированных по пяти категориям. Каждый фактор представляет собой единичный эргономический показатель автоматизированного рабочего места, группировка факторов является отражением комплексного эргономического показателя автоматизированного рабочего места.
В результате проведенного исследования и соответствующей графической обработки материалов социологического и статистического исследования установлено, что уровни значимости единичного и комплексного эргономических показателей имеют неравномерность.
Из диаграмм и графиков (Приложение 5) видно, что факторы влияния на автоматизированном рабочем месте можно рассматривать как случайно распределенные величины и использовать аппарат теории вероятностей и математической статистики для количественной и качественной оценки полигона распределения факторов, влияющих на работоспособность поездного диспетчера на АРМ.
Для того, чтобы показать, насколько тесно сгруппированы возможные значения исследуемых величин около центра группирования (среднего значения), наиболее часто применяются категории теории вероятностей: выборочное среднее (медиана), дисперсия, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации, коэффициент эксцесса и т.д. Также определяются доверительные области для функции распределения при определенном уровне надежности и рассчитывается минимальный объем выборки, обеспечивающий заданный уровень надежности.
Необходимо исследовать свойства генеральной совокупности, выявить закон распределения ее составляющих - факторов, влияющих на работу диспетчеров на АРМ, вычислить числовые характеристики, отражающие уровни значимости единичных эргономических показателей АРМ. Статистическое исследование полученных результатов включает в себя: - определение числовых характеристик статистического распределения; - подбор закона, описывающего статистическое распределение; - проверку согласованности кривых статистического и теоретического распределений.
На основании табл. строятся вариационные ряды, а также производится построение гистограмм (рис.4.8, 4.9 и рис. 1-14 Приложения 5) на примере которых рассматриваются закономерности распределения факторов-признаков.
Расчеты произведены по каждому единичному эргономическому фактору, число наблюдений по каждому фактору пятьдесят случаев, что согласуется с минимальным числом наблюдений для заданного уровня надежности оценки у=0,95.
Числовые характеристики статистического ряда являются аналогами числовых характеристик случайной величины и приближенными оценками исследуемого массового процесса.
Расчеты по определению указанных величин произведены по формулам:
(расчеты проведены для каждого единичного эргономического фактора, т.е. в формулу поочередно подставлены все полученные характеристики, отражающие уровень важности каждого единичного эргономического фактора).
Значения основных характеристик нормального распределения функций единичных эргономических показателей факторов, влияющих на ДНЦ при его работе на АРМ приведены в табл. и, следовательно, точность оценки увеличивается.
Число t определяется из равенства 2Ф(т)=у. По таблице функции Лапласа находят аргумент t, которому соответствует значение функции Лапласа, равное у/2 для заданной надежности оценки у=0,95.
Проверка гипотезы о предполагаемом законе распределения экспертных оценок единичных эргономических факторов АРМ, приведенных в табл.4.1, производится с помощью специально подобранной случайной величины - критерия согласия.
Критерием согласия называют критерий проверки гипотезы о предполагаемом законе неизвестного распределения. Имеется несколько критериев согласия: «хи квадрат», критерий Колмогорова-Смирнова, критерий Пирсона. Проверка статистической гипотезы о нормальном распределении экспертных оценок единичных эргономических факторов АРМ производилась несколькими способами.
Обследование и комплексная эргономическая оценка размещения ктс арм Поездных и дорожных диспетчеров
Для расчета экономии эксплуатационных расходов от внедрения на диспетчерском участке АРМ ДНЦ на базе действующей системы диспетчерской централизации используем лишь те составляющие, оценка которых не вызывает сомнений. - повышение участковой скорости, что ведет к ускорению оборота вагонов и более производительному использованию локомотивов (Эск); - сокращение задержек (остановок) поездов перед сигналами (Эзп); - увеличение производительности труда поездных диспетчеров (Эш).
Экономия от ускорения оборота общего рабочего парка грузовых вагонов на 3% за счет улучшения диспетчерского регулирования пропуска грузовых поездов:
Если принять, что АРМ ДНЦ обеспечит повышение участковой скорости движения поездов, как минимум, на 3%, то при величине участковой скорости, равной 33,6 км/ч, время нахождения каждого грузового поезда на участке, в среднем, сократится на следующую величину, при величине расходной ставки одного поезда-часа 534,06 руб. (эл.тяга) и 615,33 руб. (тепл.тяга), величина Эск составит:
Кроме того, в составе капитальных затрат необходимо учитывать расходы на объектную ориентацию тиражируемого программного обеспечения, научно-исследовательские и проектные работы по созданию АРМа (Кпр), инвестиции в строительные, монтажные и пусконаладочные работы (Кстр), программное обеспечение (Кпрог), затраты на платы сопряжения КТС АРМ ДНЦ с действующими системами ДЦ (Коб).
С учетом опыта установки КТС АРМ на диспетчерских кругах Октябрьской ж.д. ориентировочные капитальные затраты на оборудование диспетчерского круга средствами АРМ составят (см. табл.5.2) - 1500 тыс. руб.
Для обеспечения функционирования АРМ ДНЦ прошли переподготовку 5 поездных диспетчеров и 6 электромехаников. При этом затраты на одного диспетчера составили - 8000 руб., на одного электромеханика - 7000 руб. Затраты на профессиональную подготовку персонала (КПОд) составят :
Дополнительные эксплуатационные расходы при внедрении АРМ ДНЦ связаны с содержанием и амортизацией КТС АРМ, включая расходы на заработную плату и отчисления на социальное страхование персонала, который дополнительно потребуется для обслуживания.-КТС АРМ ДНЦ, расходы на материалы, запасные части и электроэнергию для текущего содержания этих средств и амортизационные отчисления по ним.
Обслуживание КТС АРМ ДНЦ функционирующих на шести диспетчерских кругах С.-Петербургского отделения, выполняют один электромеханик в смену и один несменный старший электромеханик. Должностные оклады этих работников принимаются с учетом премий и различных выплат в размере 3000 руб. для старшего электромеханика и 2500 руб. для электромеханика.
Амортизационные отчисления по КТС АРМ ДНЦ, в соответствии с действующими нормами, принимаются в размере: содержание вычислительной тех-ники-10%, содержание линий связи-2,5%, а расходы на материалы, запасные части и электроэнергию ориентировочно - в размере 1,5% от стоимости КТС АРМ ДНЦ.
Экономическая эффективность внедрения АРМ ДНЦ на диспетчерском круге определяется путем сопоставления результатов от функционирования АРМ ДНЦ и затрат, необходимых для его создания и функционирования, в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте» (1998г.). При выполнении данных расчетов приняты:
Из данных табл.5.3 следует: чистый поток денежный средств без дисконтирования становится положительным на 1-й год и на 10-й год составит 10629,26 тыс.руб.; чистый дисконтированный доход при ставке сравнения расчетной (норме дисконта) 10% становится положительным на 1-й год эксплуатации АРМ и на 10-й год эксплуатации составит 5792,17 тыс.руб.; чистый дисконтированный доход при ставке сравнения расчетной (норме дисконта) 16% становится положительным на 1-й год эксплуатации АРМ и на 10-й год эксплуатации составит 4147,96 тыс.руб.; чистый дисконтированный при ставке сравнения расчетной (норме дисконта) 20% становится положительным после 1-го года эксплуатации АРМ и на 10-й год эксплуатации составит 3345,41 тыс.руб.
