Формирование признаков несанкционированной задержки поездов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Poster Session of IABSE's 11. Congress, Vienna, September 1980.

7. Tveit P. Network arches. Handout for poster session of IABSE's 11th Congress, held at Vienna, Publ, by inst. Tech. Struct. Engineering., Aalborg Univ. Centre, Aalborg, Denmark. 45 pages.

8. Tveit P. Network Arches. 11th IABSE Congress, held in Vienna, Austria, Final Report, IABSE, ETH-Hönggerberg, CH-8039, Zürich, Switzerland

9. Tveit P. Economic design of network arches. Rep. No. 8304, Inst. of Bldg. Tech. Strict. Enter., Aalborg Univ. Centre, Aalborg, Denmark, 22 p.

10. Tveit P. Economic design of network arches Handout for the poster session of IABSE's 12th congress, Vancouver, September 1984. Published by Inst. Bldg. Tech. Struct. Engineering., Alborg Univ. Centre, Aalborg. 32 p.

11. Sasek L. Getting on the Network. Innovation in arch design. BRIDGE Design § Engineering. V. 11. № 40.

12. Teich S. Fatigue Optimization in Network Arches Arch Bridges IV, Barcelona, Nov. 2004. Advances in Assessment, Structural Design and Construction. P. Roca and C. Molins (Eds.). pp. 691-700.

13.Nielsen O.F. - «Discontinuous systems applied at arches with inclined hangers», G.E.C. Gad, Copenhagen 1930.125 p.

14. Tveit, P. Optimal design of network arches. Contribution to the IABSE Symposium in Melbourne 2002. 13 p.

15. Brunn, B., Schanack, F. and Steimann, U. Network arches for railway bridges Arch Bridges IV, Barcelona, Nov. 2004. Advances in Assessment, Structural Design and Construction. P. Roca and C. Mo-lins (Eds.). pp. 671-680._

УДК 629 Марюхненко Виктор Сергеевич,

д. т. н., профессор, кафедра «Автоматика, телемеханика и связь», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: viktor.maryuhnenko@yandex.ru Тувшинтур Золбоо, аспирант кафедры «Автоматика, телемеханика и связь», Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: tuvshintur.zolboo@yandex. ru

ФОРМИРОВАНИЕ ПРИЗНАКОВ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОЙ ЗАДЕРЖКИ ПОЕЗДОВ

V. S. Maryukhnenko, T. Zolboo

UNAUT HORIZED TRAIN DELAYS SIGNS FORMATION

Аннотация. Выполнен анализ формирования несанкционированной задержки поездов на основе данных об отказах систем и устройств автоматики и телемеханики Улан-Баторской железной дороги. На основании анализа создана математическая модель формирования времени задержки. В явном виде показаны зависимости задержки поездов от времени восстановления отказов систем и устройств автоматики и телемеханики как для одиночного отказа, так и для потока отказов одного поезда и для потока отказов группы поездов в границах одной структурной эксплуатационной единицы.

Показано, что и при одиночном отказе, и при потоке отказов на маршруте одного поезда, а также при исследовании движения группы поездов в пределах дистанции (или ШЧ) следует применять системный подход, при котором учитывается не только время устранения отказов, но и динамика движения поездов, а также оперативность и правильность принятия организационных и управленческих решений.

Ключевые слова: задержка поезда, автоматика и телемеханика, системы, устройства, поток отказов, время восстановления, математическая модель.

Abstract. The analysis of formation of an unauthorized time delay of trains marks on the basis of the data .systems about failures and devices of automatic equipment and telemechanics failures of the Ulaanbaatar railroad is made. The mathematical model of formation of delay period is created basing on the analysis. Dependences of a time delay of trains on time of restoration of failures of systems of railway automatic equipment are shown in an explicit form: for a single failure, for a failure flow of one train and for a failure flow of group of trains in boundaries of one structural operational unit.

It is shown that it is necessary to apply the systems concept in case of a single failure, in case of a failure flow on a route of one train, and also in case of a research of movement of group of trains within a distance. In case of such systems analysis not only time of elimination offailures, but also dynamics of train service, efficiency, and correctness of acceptance of organizational and administrative decisions are considered.

Keywords: train delay, automatic equipment and telemechanics, systems, devices, failure flow, restoration time, mathematical

model.

Введение

Математическое моделирование различных устройств, систем и процессов имеет в современных технологиях существенное значение. Создание математических моделей - существенно необходи-

мый этап системного анализа сложных систем. Математическое моделирование применительно к функционированию технических систем сопровождает изложение специальных вопросов монографий различной направленности [1, 2], по этому вопросу периодически публикуются статьи [3, 4]. Их

Транспорт

актуальность настолько высока, что основы математического моделирования излагаются в неспециализированных учебниках и учебных пособиях [57]. В обозреваемых источниках реальные физические системы представлены в виде математических моделей, что является основой теории автоматического управления и регулирования. Моделируются физические свойства материалов и результаты их применения для решения технических задач в конкретных условиях, моделируются и сами физические условия.

Основной задачей транспортной системы является своевременная и безопасная доставка грузов и пассажиров по назначению [8]. Невыполнение данных условий приводит хозяйство железной дороги к существенным финансовым потерям. Важным показателем своевременности перевозок и доставки грузов является задержка поезда на маршруте против нормативного времени.

Как показывает анализ задержек поездов на Улан-Баторской железной дороге, значительная их часть происходит вследствие отказов систем и устройств (СУ) железнодорожной автоматики и телемеханики (АТ) [9, 10]. На их восстановление после отказов требуются кроме финансовых и материальных также и временные затраты. Поэтому, время восстановления систем и устройств АТ после их отказов для службы Ш («Ш» - исторически сложившееся официальное название службы сигнализации и связи, перекочевавшее из «телеграфного языка» железнодорожников. ШЧ - подразделение службы Ш) является важным показателем качества обеспечения движения железнодорожного транспорта. В связи с этим для объективности оценки своевременности перевозок целесообразно создать математическую модель для расчета времени задержки поезда с учетом различных технических, организационных и физических факторов.

Цель статьи: создание математической модели формирования времени задержки поездов.

Анализ формирования задержки поезда

Для определения времени задержки поезда из-за отказов СУ АТ воспользуемся моделью, построенной на основе теории массового обслуживания (ТМО) для технических объектов [11, 12]. Согласно ТМО, отказы объектов и последующие восстановления рассматриваются как потоки случайных событий на временной оси. Не останавливаясь на статистической обработке данных, отметим, что

далее все временные величины суть их математические ожидания.

Пусть движение некоторого поезда сопровождается отказами СУ АТ, несовместимыми с дальнейшим его продолжением. Каждый такой отказ приводит к вынужденным остановкам для их устранения, к временным затратам на восстановление СУ АТ и несанкционированным задержкам поезда. После устранения отказа и восстановления объекта АТ движение и возобновляется. Согласно ТМО, моделью таких нестационарностей в движении поезда служит поток событий Аг(Уг), возникновения отказов СУ АТ и следующих за ними событий Б/((/) возобновления маршрутного движения поезда, где к и Гу (Г, < Гу ; 7 = 1, 2, 3, ..., т;у = 1, 2, 3, ..., т) - моменты времени свершения этих событий, т - количество отказов СУ АТ в пути следования (рис. 1).

Рис. 1. Графическое представление потоков отказов и восстановлений технического объекта

Задержка поезда из-за 7-го отказа СУ АТ зависит от промежутка времени между событиями А,^) и Б/г})

=ь - tj )=£ т

(1)

9=1

где iqi - составляющие задержки x3i из-за влияния q-го фактора; n - количество организационных, эксплуатационных, кинетических и технических факторов, влияющих на промежутки времени Xqt.

К учету, очевидно, необходимо принять временные задержки (iqi) на [5]:

- принятие решения (трог) об остановке поезда, двигающегося со скоростью Voi (рис. 2);

- служебное или аварийное торможение состава (ixi) до полной остановки;

- подготовку к выполнению восстановительных работ (хпрг);

- выполнение восстановительных работ

(^врг');

- контроль качества восстановительных работ (Хкрг);

- принятие решения о разрешении дальнейшего движения поезда (трдО;

т

qi

- разгон поезда (трШ) до разрешенной на маршруте скорости.

Из промежутка времени то7 (1) поезд находится в движении (торможение и разгон) в течение

Хд7 Хт7 +Хр7 , (2)

где Хт7 и Хр7 - соответственно промежутки времени, затрачиваемые на торможение поезда со скорости У07 до полной остановки после возникновения отказа и на разгон его после восстановления от нулевой до маршрутной, необходимой для продолжения движения, скорости Ум7 (рис. 2).

Промежутки времени Хт7 и Хр, определяются при известных моментах соответственно начала ¿нт.7 , ¿нр.7 и окончания ¿кт.7 , ¿кр.7 процессов торможения и разгона поезда:

Хт7 ¿кт.7 ¿нт.7; Хр7 ¿кр.7 ¿нр.7 . (2а)

Примечание: на рис. 2 моменты окончания торможения и начала восстановительных работ, с одной стороны, и моменты окончания восстановления и начала движения после восстановления - с другой, условно показаны совпадающими:

¿кт.7 ¿нв.7; ¿нр.7 ¿кв.7.

В реальных условиях, как правило, это не так. Упрощение акцентирует внимание именно на технической, а не на организационной стороне восстановления элемента СУ АТ.

При нулевых соответственно конечном и начальном значениях скоростей на участках торможения и разгона промежутки времени Хт7 и Хр, (2) есть решения интегральных уравнений:

У01 = | аТ1 (í ; ¥уа = | ар1 (Г)Ж(Г )Ж, (3) 0 0 где ат;(0 и арг-(0 - временные зависимости ускорения поезда соответственно при торможении и разгоне.

За время Хд, (2) поезд проходит расстояние

5д7 = Sт7 + Sр7, (4)

где 5т7 и Sр7 - соответственно расстояния торможения и разгона, которые, с учетом (3), вычисляются двойным интегрированием:

=

j j aTj (&)d9 dt ; V = J J ар, (3)d3

dt , (5)

где 3 - вспомогательная переменная, имеющая смысл и размерность времени.

Рис. 2. Изменения скорости и ускорения поезда на интервале времени te [ti; tj]

Таким образом, путем анализа изменений в движении поезда в результате наступившего i-го отказа получены формулы (2)-(5), необходимые для синтеза модели задержки поезда. Синтез моделей показателей своевременности перевозок Если бы поезд следовал без остановки, то согласно формуле (1) при скорости Voi он прошел бы расстояние (рис. 3)

Soi = Voi (tj - ti). (6)

Непройденное из-за необходимости восстановления поезда расстояние есть разность:

AS = Soi - Sm. (7)

Следовательно, время задержки поезда при условии, что Vмi = Voi, а также с учетом формул

(1)-(7):

Т AS0l

зад i v V0i

п л Г t Л

= Ё т Ш [а- ?+ ар, \dt. (8)

q=1 Voi о \ о J

Из (8) следует, что увеличение времени задержки Гзадл определяется суммой факторных временных затрат, а уменьшение - ускорениями при торможении и замедлении.

Выделим в выражении (8) временные затраты Тву в явном виде:

Тву = Хпрг'+Хврг'+Хкрг', (9)

где Хпрг-, Хврг-, Хкрг' - соответственно промежутки времени, необходимые на подготовку, выполнение и контроль качества восстановительных (ремонтных) работ i-го отказа СУ АТ.

i

г

о

о

о

о

Транспорт

Благодаря этому выражение (9) преобразуется к виду

(

П-3 1 -т; | » |

Iт„ + Тву - — Щк(5) + аргфт . (10)

V ?=1 ) 0; 0 [ 0 ]

Формула (10) показывает явную зависимость времени задержки поезда от времени восстановления вызвавшего её отказа СУ АТ.

Если некоторый к-й поезд испытал на маршруте поток из т отказов СУ АТ, то суммарная его задержка:

Z т.

9=1

+ ТвЛ

vr

0.ik

t = Z

зад k Zl i=1

Trik t

J JaTik (ß)dSdt + J J apik (ß)dSdt

Vk t

(11)

Для структурной железнодорожной единицы, выполняющей управление и техническое обеспечение перевозок (например, для дистанции или ШЧ), в зоне ответственности которой на временном интервале АТ произошли задержки К поездов, суммарная задержка перевозок

К К т \( п-3

Тзад (AT) = ЕТзадk = Z Zj Z Т.k + TB.ik "

k=1

k=1 i=1

1

V 9=1

Vr

0ik

Xрik t

JJ aTlk (S)dSdt + JJ aрik (S)dSdt

0 0

0 0

(12)

Выводы

Математическая модель (формулы (10), (11), (12)) показывает, что при расследовании и устранении причин задержек поездов следует применять системный подход. Так, несмотря на то, что отказ СУ АТ оказался непосредственной причиной остановки, задержка формируется многими сопутствующими факторами.

В явном виде показаны зависимости задержки поездов от времени восстановления отказов СУ АТ как для одиночного отказа, так и для потока отказов одного поезда, и для потока отказов группы поездов в границах одной структурной эксплуатационной единицы.

При устранении одиночного отказа, и, даже в большей степени, при потоке отказов СУ АТ на маршруте одного поезда, при оценке движения группы поездов в пределах дистанции (или ШЧ), важны не только и даже не столько быстрота устранения собственно отказов, но и динамика движения

поездов, а также оперативность принятия организационных и управленческих решений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Демьянов В.В., Ясюкевич Ю.В. Механизмы воздействия нерегулярных геофизических факторов на функционирование спутниковых радионавигационных систем. Иркутск : Изд-во ИГУ, 2014. 349 с.

2. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления [Электронный ресурс]. М. : Лаборатория базовых знаний 2002. URL: http://padabum.com/d.php?id=15197]. (Дата обращения: 25.05.2016).

3. Гусев А.Ф., Измайлов В.В., Новоселова М.В. Моделирование процессов контактирования гранул порошкового электроконтактного материала для прогнозирования его свойств // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2016. № 3 (51). С. 193-196.

4. Дыкусов Е.Г., Елохин В.Р., Нгуен В.Д. Имитационное моделирование экономических процессов во Вьетнаме // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2014. № 3 (43). С. 171-175.

5. Теория автоматического управления. Ч. I. Теория линейных систем автоматического управления / под ред. А.А. Воронова. М. : Высш. шк. 1986. 307 с.

6. Марюхненко В.С. Теория автоматического управления. Проектирование линейных стационарных систем автоматического регулирования. Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2015. 124 с.

7. Автоматизированный контроль подвижного состава на ходу поезда / В.С. Марюхненко и др. Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2016. 128 с.

8. Марюхненко В.С. Информационное обеспечение подвижных транспортных средств на основе интегрированных навигационных систем / под. ред. В.С. Марюхненко. Новосибирск : Наука, 2014. 256 с.

9. ХНН «Улаанбаатар темер зам Ш» албаны дис-петчерийн сарын ажлын тайлан, 2005 оноос 2015 он. Улаанбаатар хот, 2016. 1320 хууд.

10.Арслан Ц., Ундармаа Д. ХНН «Улаанбаатар темер зам» 2014 оны тайлан.; эмхэтгэсэн, техник бодлого, зураг теслийн тевийн ахлах, инже-нер-эдийн засагч, тевийн инженер-эдийн засагч; Хэвлэн эхийг бэлтгэсэн, Ганзам пресс тев. Улаанбаатар хот, 2016. 236 хууд.

m

1

00

00

х

X

х

11. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. М. : Эдиториал УРСС, 2005. 400 с.

12. ГОСТ 27.002-89. Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения. Введ. 15.12.2009. М. : Стандартинформ, 2010. 12 с.

13. Сапожников В.В., Шаманов В.И., Сапожников В.В. Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. М. : Ц ЖДТ, 2003. 261 с.