CC BY
4
УДК 656.13
МЕТОДЫ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ УДАЛЁННОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПАССАЖИРСКОГО ТРАНСПОРТА В ГОРОДСКИХ АГЛОМЕРАЦИЯХ
Р.Н. Сафиуллин1, Р.Р. Сафиуллин2, К.В. Сорокин3
Санкт-Петербургский Горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, Россия.
Данная статья посвящена внедрению систем удалённого диагностирования пассажирского транспорта в городских агломерациях. На основании изучения современных технологий, применимых для повышения безопасности, разработан новый метод установления технического состояния транспортного средства путем прогнозирования потенциальных отказов. Разработаны рекомендации по повышению безопасности, которые включают меры обучения и осведомленности участников дорожного движения. Получен эффект от введения предложенной методики, показывающий снижение количества ДТП, связанных с техническими неисправностями.
Ключевые слова: система удаленной диагностики, повышение безопасности транспортных средств, предупреждение случайных отказов.
METHODS OF IMPLEMENTATION OF SYSTEMS OF REMOTE DIAGNOSTICS OF PASSENGER TRANSPORT IN URBAN AGGLOMERATIONS
R.N. Safiullin, R.R. Safiullin, K.V. Sorokin
Saint Petersburg Mining University, 199106, St. Petersburg, Vasilievsky Island, 21 line 2, Russia.
This article is devoted to the introduction of remote diagnostics systems for passenger transport in urban agglomerations. Based on the study of modern technologies used to improve safety, a new method has been developed to establish the technical condition of the vehicle by predicting potential failures. Recommendations have been developed to improve safety, which include training and awareness measures for road users. The effect of the introduction of the proposed methodology was obtained, showing a decrease in the number of accidents associated with technical malfunctions.
Keywords: remote diagnostics system, improvement of vehicle safety, prevention of accidental failures.
Введение
В отсутствие системы удаленного мониторинга диагностических параметров и режимов эксплуатации контроль технического состояния сводится обычно к ежедневному осмотру автобуса дежурным контролером или более тщательным, но редким обследованиям во время технического обслуживания и ремонта. Отсутствие контроля за техническим состоянием также может привести к нарушению правил дорожного движения и повышенной опасности для пассажиров и других участников дорожного движения.
Ежедневный технический осмотр позволяет обнаружить внешние признаки неисправностей, такие как утечки, дымление и механические повреждения. Однако большинство признаков неисправностей, которые возникают при работе с отклонениями от установленных производителем режимов, невозможно заметить невооруженным
глазом, и их можно обнаружить только путем измерения рабочих параметров.
Осмотр узлов машины в разобранном состоянии при обслуживании и ремонте часто является наиболее эффективным способом обнаружения дефектов. Однако интервал проведения таких мероприятий не позволяет оперативно реагировать и предотвращать работу в нештатных режимах. То же самое относится к стандартным средствам автоматизации, поставляемым производителем техники. В большинстве случаев они предназначены для офлайн использования и позволяют только констатировать дефект и оценить его степень развития с определенной задержкой во времени.
Таким образом, традиционные подходы к контролю технического состояния и проведению плановых ремонтов имеют потенциал для улучшения в части исключения нештатных режимов
1Сафиуллин Равиль Нуруллович - доктор технических наук, профессор кафедры транспорто-технологических процессов и машин, +7 (911) 198-95-66, e-mail: [email protected];
2Сафиуллин Руслан Равиллович - кандидат технических наук, доцент кафедры транспорто-технологических процессов и машин, +7 (911) 240-88-51, e-mail: [email protected];
3Сорокин Кирилл Владиславович - аспирант, е-mail: [email protected].
работы машин, вызванных возникновением дефектов. При таких режимах работа ресурса сокращается и становится неоптимальной, что приводит к ухудшению экономической и инвестиционной эффективности производства.
Основная часть
Для обеспечения непрерывной и эффективной работы транспортного средства (ТС) необходимо систематически контролировать его техническое состояние. Существуют два способа осуществления мониторинга технического состояния подвижного состава:
1. Периодический осмотр специалистами автотранспортного предприятия (АТП) или автосервиса узлов и агрегатов при заезде ТС в ремонтную зону.
2. Непрерывный контроль состояния ТС с использованием бортовых и стационарных технических средств в автоматическом или автоматизированном режиме.
Первый способ является основой планово-предупредительной системы обслуживания и ремонта. Путем плановых профилактических мероприятий хорошо контролируются параметры технического состояния, связанные с постепенным износом узлов и отдельных элементов ТС в течение времени. Однако нелинейные параметры практически не поддаются контролю, в то время как непрерывный мониторинг позволяет контролировать как линейные, так и нелинейные параметры. Поэтому предпочтительным является контроль технического состояния ТС в автоматическом режиме. Телематическая система непрерывного мониторинга, основанная на взаимодействии бортового диагностического оборудования с сервером операторской службы АТП или автосервиса, позволяет перейти к применению системы технического обслуживания и ремонта ТС в соответствии с его текущим состоянием.
Формирование автоматизированной телематической системы мониторинга технического состояния (АТС МТС) включает две основные подзадачи:
1. Разработка бортовой системы дистанционного мониторинга, которая будет устанавливаться на транспортное средство.
2. Создание системы взаимодействия между "бортом" и внешней операторской службой (например, ремонтной службой АТП, диспетчерской автосервиса или центром обработки данных), с целью выработки управляющих решений при обнаружении и распознавании неисправностей.
АТС МТС должна выполнять следующие функции:
а) дистанционное диагностирование технического состояния ТС, то есть точное определе-
ние состояния элементов (узлов, агрегатов или систем) автомобиля, независимо от его местонахождения.
б) дистанционное распознавание неисправностей на основе проведенной диагностики.
в) принятие решений относительно дальнейшего рекомендуемого режима движения (остановки) транспортного средства и определение наиболее подходящей станции для сервисного обслуживания в зависимости от характера неисправности (особенно актуально для междугородних или немаршрутизированных перевозок).
г) формирование и поддержка информационной базы, необходимой для интерпретации диагностической информации. Наличие информационной базы должно обеспечивать высокую достоверность распознавания признаков неисправностей, а также точность и эффективность принимаемых решений.
Важно отметить, что основным отличием АТС МТС от простой бортовой диагностической системы является ее предвидящий характер, который позволяет не только фиксировать уже произошедший отказ, но и прогнозировать его возникновение, скорость развития и своевременно предупреждать о возможной опасности.
Кроме того, на АТС МТС возлагаются задачи, которые реализуются планово-профилактической стратегией технического обслуживания и ремонта. Сюда входят контроль параметров, изменяющихся медленно, и определение сроков и объемов ремонтных работ.
В целом, автоматизированная телематическая система мониторинга технического состояния (АТС МТС) направлена на обеспечение надежной работы транспортных средств путем предотвращения неисправностей и своевременного реагирования на возникающие проблемы. Она позволяет повысить эффективность эксплуатации, уменьшить затраты на ремонт и предотвратить возникновение аварийных ситуаций.
Разработка системы, которая соответствует всем перечисленным требованиям, является сложной и требует решения ряда научных задач. Эти задачи включают:
Разработка методики для построения системы, учитывающей конструкцию, условия эксплуатации и особенности конкретного транспортного средства (или группы однотипных ТС), а также цели и задачи, поставленные заказчиком.
Формирование оптимального перечня критериев для определения предотказного состояния транспортного средства.
Разработка различных стратегий мониторинга технического состояния ТС и алгоритмов их реализации, которые зависят от характера изменения контролируемых параметров.
Корректировка предельных значений параметров с учетом воздействия внешних факторов, которые могут влиять на состояние транспортного средства.
Разработка механизмов информационного взаимодействия между бортовым оборудованием и операторской службой, реализуемых в автоматическом или автоматизированном режиме без участия водителя.
Каждый из этих этапов требует выполнения конкретных задач и осуществления определенных действий:
1. Анализ требований и спецификаций заказчика: проводится детальное изучение требований и ожиданий заказчика от системы. Определяются основные функциональные возможности и характеристики системы.
2. Исследование конструкции и особенностей ТС: изучаются особенности конструкции, условий эксплуатации и основных факторов, влияющих на техническое состояние ТС. Анализируются данные о прошлых неисправностях и поломках.
3. Разработка методологии и выбор критериев: разрабатывается методика, основанная на научных принципах и позволяющая определить предотказное состояние. Выбираются наиболее информативные и релевантные критерии для контроля технического состояния ТС.
4. Создание стратегий мониторинга и разработка алгоритмов: формулируются различные стратегии мониторинга в зависимости от характера изменения контролируемых параметров. Разрабатываются алгоритмы обработки и анализа данных, получаемых от бортового оборудования.
5. Интеграция бортового оборудования и операторской службы: реализуется взаимодействие между бортовым оборудованием, установленным на ТС, и операторской службой. Разрабатываются механизмы передачи данных и коммуникации, чтобы обеспечить автоматическую или автоматизированную работу системы без участия водителя.
6. Испытания и настройка системы: проводятся испытания системы на различных этапах ее разработки и интеграции. Выполняется настройка алгоритмов, параметров и пороговых значений для обеспечения точности и надежности диагностики.
7. Внедрение и мониторинг эффективности: система внедряется на практике, устанавливается на ТС и начинает работу в реальных условиях эксплуатации. Проводится постоянный мониторинг эффективности системы, сбор и анализ данных
При разработке АТС МТС особое внимание уделяется выделению из общего перечня отказов те, которые представляют наибольшую
опасность и могут иметь серьезные негативные последствия, а именно:
1. Отказы, приводящие к ДТП: это включает отказы, которые могут непосредственно привести к аварийным ситуациям на дороге из-за технического состояния ТС. Такие отказы могут представлять угрозу для безопасности пассажиров, водителей и окружающих.
2. Отказы, приводящие к выходу из строя дорогостоящих агрегатов: некоторые отказы могут привести к поломке дорогостоящих и важных агрегатов, требующих их замены или ремонта. Это связано со значительными финансовыми затратами, поскольку замена или восстановление таких агрегатов может быть дорогостоящим и требовать длительного времени.
Информация о состоянии бортовых узлов, агрегатов и режимах эксплуатации техники имеет важное значение для оперативного предотвращения аварийных ситуаций, поломок и неисправностей, а также для поддержания оборудования в надлежащей технической готовности. Передача этой информации, собранной на бортовом компьютере, в диспетчерский центр предприятия по беспроводной сети передачи данных является основой для разработки автоматизированных систем управления.
Одним из частичных решений этой проблемы является периодическая плановая удаленная диагностика, при которой на автомобиль устанавливается информационный блок с передатчиком, а сканер с компьютером размещается на базе подвижного состава. Схема такой системы показана на рисунке 1. Это позволяет проводить диагностику без необходимости перемещения автомобиля и экономит время на обслуживание техники, что в итоге повышает общий уровень безопасности пассажирских перевозок.
Для проведения удаленной диагностики автомобиля используется следующая схема: через разъем OBD-II, расположенный в автомобиле, подключается диагностический контроллер. Этот контроллер отправляет оцифрованную информацию в передающий модуль. Затем передающий модуль, используя радиоканал (например, GSM), передает информацию в приемный модуль, который установлен на месте базирования техники. Полученная информация затем передается в диагностическую информационную систему, которая выполняет функции сканера. Эта система способна обрабатывать полученные данные и выдавать результаты на персональном компьютере.
С появлением технической возможности собирать и хранить данные по каждой марке автомобиля или даже каждому единичному автопарку, диагностические системы и комплексы, обеспечивающие непрерывное отслеживание и прогнозирование технического состояния, ак-
тивно развиваются. Сбор, накопление и обработка статистических и диагностических данных должны учитывать особенности каждой конкретной единицы техники.
Исходя из этого разработка теоретических положений построения системы удаленного диагностирования включает в себя три этапа:
- Разработать подсистему сбора данных;
- Разработать систему контроля технического состояния транспортного средства путем передачи информации с бортового компьютера;
- Разработать единое программное обеспечения для контроля технического состояния на линии и при выезде из парка
Сердисная сж.'хдг./Фякч^т
Рисунок 1 - Схема системы удалённой диагностики с односторонней связью: 1 - разъём OBD-II; 2 - диагностический контроллер; 3 - передающий модуль; 4 - приёмный модуль; 5 - диагностическая информационная система; 6 - персональный компьютер
Удаленная система технического контроля состояния подвижного состава
Рисунок 2 - Структурная схема удаленной системы контроля технического состояния подвижного
состава
Исходя из представленной схемы можно провести сравнительную оценку используемого метода контроля и диагностирования после введения системы удаленного диагностирования.
Ввиду того, что весь процесс основывается на визуальном осмотре и компетентности механика, который принимает машину, данные операции становятся зависимыми от знаний и умений одного человека.
Применение системы дистанционной диагностики ориентировано на раннее реагирование на отклонения от штатных режимов работы, их предотвращение и тем самым - сохранение уровня безопасности, заявленном производителем.
Прежде всего внедрение на предприятии централизованной системы оперативного контроля технического состояния формирует новые функции подразделений. На предприятии должна
быть определена должностная роль по контролю событий системы (обнаружение нештатных технических состояний АТС) и обеспечению реакции на них - остановка работы, назначение осмотра конкретных узлов и подсистем согласно сообщениям системы, а также внеочередных сервисных мероприятий и т.д. При таких организационных изменениях неизбежны сложности с оперативной реакцией: традиционно предприятия выделяют регламентные окна для ремонтных и сервисных мероприятий, вне которых остановка работы техники возможна только при отказе.
Таким образом, причастные руководящие службы и подразделения с момента вышеназванных нововведений должны обеспечить работу диспетчера и отработку его предписаний: линейные и сменные руководители - контроль оперативности, верхнеуровневое руководство - контроль непрерывности.
Предприятие: директор АП email каждое утро, если за предыдущие сутки нарушения не прекратились
Рисунок 3 - Порядок оповещения о нарушениях штатного технического состояния
При внедрении системы, определено 5 эшелонов оповещения (рис. 3): для линейного персонала и руководства.
Автоматическая рассылка сообщений системы в первую очередь ориентирована на линейный персонал и руководство. Каждый случай нарушения штатного технического состояния на каждой единице техники доводится до линейного диспетчера через СМС. Формат сообщения включает идентификацию конкретной машины, проблемный параметр, диапазон колебаний его значения за пределами штатной нормы и суммарное время нештатной работы (рис. 4).
а см а см О. ш 2.05: ДВС Температура юплива 34(61-93) С 1120 мин. 115.04.2020 1:50:41-15.04.2020 3:50:50
205: СКДШ Лрааое переднее колесо 3,2 (6,2-8,3) бар [ 65Ё мин. 1 15.04.2 02 019:50:33 -1 G.04.2020 6:49:05
2.05: СУТЭП Напряжение батареи 27 (0-27) В I 47В мин. 115.04.2020 0:50:33 - 1В.04.2020 3:43:27
207: СКДШ Леэое переднее колесо 7 (6,9-7) бар [ 61 мин. 115.04.2020 3:49:34-15.04.2020 9:50:57
113: СКДШ Лрааое переднее колесо 6.9 (6,3-7) бар 1 61 мнн. 115.04.2020 3:49:34-15.04.2020 9:50:57
Рисунок 4 - Формат оповещения системы: ДВС -
события двигателя, СУТЭП - тяговые приводы, СКДШ - шины
При сохранении нештатного значения по такому параметру в течение каждого последующего часа СМС повторяется.
Начальник автоколонны оповещается в том же виде по всем актуальным нарушениям по парку каждые 4 часа. Главный механик предприятия и заместитель директора по производству раз в смену получают сообщение электронной почты
того же формата с итогами по смене. Директору предприятия итог направляется ежесуточно.
Наконец, средствами интеграции с системой управления производством ответственным руководителям доступен отчет о нарушениях -суточный или за произвольный период. По результатам внедрения системы мониторинга и оповещения с вышеописанным подходом порядка 78% сообщений по ее событиям приходится на дежурного механика и еще порядка 20% - на начальника автоколонны. Таким образом, руководство предприятия получает уведомления только по единичным случаям, требующим отдельного внимания.
Главный вывод заключается в том, что применение удаленных систем контроля автобусов может значительно сократить время реагирования и уменьшить вероятность человеческой ошибки.
Основные преимущества удаленной системы контроля и диагностики автобусов включают:
1. Сокращение времени проведения контроля: Удаленная система диагностики позволяет значительно ускорить процесс проверки состояния автобуса перед отправлением на маршрут. Это позволяет сократить время, затрачиваемое на контроль, и повысить эффективность работы.
2. Минимизация человеческого фактора: удаленная система диагностики уменьшает зависимость от человеческого фактора в процессе контроля. Это помогает снизить вероятность ошибок, связанных с человеческим недосмотром или недостаточным опытом. Точность контроля повышается благодаря автоматизированным алгоритмам и анализу данных.
3. Уменьшение отказов и неисправностей: благодаря удаленной системе диагностики возможно раннее обнаружение и предупреждение о потенциальных неисправностях и отказах в автобусе. Это позволяет проводить своевременное обслуживание и ремонт, что в свою очередь повышает надежность и безопасность автобусов как для пассажиров, так и для водителей.
4. Снижение аварийных ситуаций: удаленная система диагностики способствует снижению количества аварийных ситуаций, связанных с техническими неисправностями на линии. Благодаря раннему обнаружению проблем и своевременному вмешательству, можно предотвратить серьезные поломки и аварии, обеспечивая безопасность как для автобусов, так и для окружающих участников дорожного движения.
Внедрение удаленной системы контроля и диагностики автобусов позволяет значительно повысить эффективность работы транспортных средств, снизить затраты на обслуживание и ремонт, а также обеспечить безопасность и надежность для пассажиров и персонала.
Исходя из информации об основных узлах и системах автобуса для представления текущей ситуации в данной области, необходимо обработать информацию технических неисправностей, которые возникают в автобусном парке.
В этой ситуации целесообразным будет внедрение нового показателя, который будет оценивать безопасность пассажирских перевозок на основании количества ДТП и количества заявок, запрещающих эксплуатацию транспортного средства - коэффициент безопасности транспортных средств.
Коэффициент безопасности перевозок за год может быть определен по формуле:
N
КбТС М=к1 + к2 + к3' где к1 - количество ДТП без пострадавших - количество погибших к3 - количество раненых N - количество транспортных средств На основании отрицательной динамики количество заявок на ремонт целесообразным будет внедрение относительного коэффициента эксплуатационной безопасности из данных по месячным заявкам. Рассчитать данный коэффициент можно по формуле:
_А-пм
ЛЭВ ТС М. = ^ , где А - количество транспортных средств;
п - количество неисправностей, запрещающих эксплуатацию (в среднем за месяц).
Данные показатели целесообразно использовать по окончании месяца для оценки динамики безопасности транспорта в парке.
Используя теоретическое исследование и статистические данные о заявках в парке можно
составить актуальную модель, которая будет представлять текущую готовность ТС, что определяет ее характеристики безопасности. В данной модели каждая система имеет вес в зависимости от частоты заявок, на основании экспертного мнения из теоретического исследования можно ввести корректирующий коэффициент.
Таблица 1 - Корректирующие коэффициенты
Система ТС Весовой коэффициент Оценка эксперта Экспертный коэффициент
1. Безопас-
ность и ком- 0,12 1,2 1,2
форт пасса-
жиров
2. ДВС 0,14 3 1,18
3. ДТП 0,0098* - -
4. Колеса 0,07 9 1,04
5. Подвеска 0,04 10 1,02
6. Прочее 0,06** - -
7. Рулевое управление 0,018 8 1,06
8. ТО 011*** - -
9. Тормоз 0,04 6 1,1
10. Трансмиссия 0,029 7 1,08
11. Электрооборудование 0,3 5 1,12
*ДТП - в случае, если в результате происшествия помимо внешних повреждений произошли дополнительные отказы данный оценочный коэффициент суммируется
**Прочее - в данном пункте представлены операции, не сказывающиеся на безопасности ТС (очистные мероприятия и др.)
***ТО - так как техническое обслуживание проводится для поддержания работоспособного состояния, в случае его проведения оценочный коэффициент вычитается в расчете.
Так как количество отказов транспортного средства и их тяжесть находится в прямой зависимости срока эксплуатации автобуса, то необходимо задать временной коэффициент. Ввиду того, что нормативный документ, регулирующий процесс временной эксплуатации находится в разработке, для оценки использования автобуса на линии был проведен экспертный опрос. Согласно, экспертному анализу, рекомендуемый срок эксплуатации - 7 лет, допустимый - 10 лет, автобус используемый более 10 лет следует списать. Тогда временной коэффициент будет равен:
Для ТС, используемых до 7 лет - 1,2;
Для ТС, эксплуатируемых в промежутке от 7 до 10 лет - 1,1;
Для ТС, осуществляющем перевозки после 10 лет -1,1.
Тогда коэффициент безопасности одного
ТС:
Ктс =
Ч1С1 + ■■■ Чп^п Т
1 п
где ^ - заявка на ремонт узла из системы безопасность и комфорт пассажиров;
С1- экспертный коэффициент
Тп- нормативный параметр времени эксплуатации.
На основании приведенных зависимостей можно определить предел, после превышения которого требуется провести мероприятия по повышению безопасности транспортного средства.
Коэффициент безопасности помогает определить, когда транспортное средство достигает предельного состояния и требует замены или модернизации. На основании истории эксплуатации и экспертной оценки можно принимать обоснованные решения о дальнейшей эксплуатации автобуса или его замене, что способствует обеспечению безопасности пассажиров и снижению риска ДТП.
Коэффициент безопасности автобуса позволяет оценить эффективность проведенного ремонта и технического обслуживания. Если после ремонта или технического обслуживания коэффициент безопасности снижается, это свидетельствует о том, что принятые меры были эффективными и способствовали повышению безопасности транспортного средства.
В целом, данные расчеты позволяют более точно оценить состояние и безопасность автобусов, а также планировать и принимать обоснованные решения по их техническому обслуживанию и эксплуатации. Это помогает повысить безопасность пассажирских перевозок и снизить риск возникновения ДТП.
Выводы
В ходе проведенного исследования были достигнуты поставленные цели и решены задачи, связанные с внедрением систем удалённого диагностирования пассажирского транспорта в городских агломерациях. Результаты работы имеют важное практическое значение и могут быть использованы для улучшения существующих подходов и разработки новых методов в области контроля технического состояния транспортных средств.
В начале исследования были изучены новые технологии в пассажирском транспорте, ко-
торые могут применяться для повышения безопасности. Одной из ключевых задач работы было разработать новый метод установления технического состояния транспортного средства для получения прогноза потенциальных отказов.
В результате была разработана методика, основанная на современных подходах и технологиях диагностики транспортных средств. Этот метод позволяет оперативно выявлять потенциальные проблемы и предотвращать возможные отказы, способствуя повышению безопасности пассажирских перевозок.
Наконец, на основании эксперимента был проведен анализ эффекта после введения предложенной методики. Результаты показали снижение количества дорожно-транспортных происшествий, связанных с техническими неисправностями. На основе которого можно выделить положительное влияние предложенной методики на безопасность дорожного движения.
Литература
1. Сафиуллин Р.Н. Теоретические основы эффективности энергопреобразования в ДВС и методы ее повышения. Монография. СПбГАСУ, 2011
2. Сафиуллин Р.Н., Григорьев В.Г. Оптимизация объема выбора при обработке быстроменяющихся величин в двигателях внутреннего сгорания. «Автотранспортное предприятия» отраслевой научно-производственный журнал для работников автотранспорта №9 с.52-54 г. Москва 2013
3. Сафиуллин Р.Н., Сорокин К.В.: Изобретение № 2724072 от 14.10.2019 "Имитационная система контроля качества моторного масла транспортных средств".
4. Сафиуллин Р.Н., Сорокин К.В., Полуэктов В.А. Исследования результатов использования автоматизированных систем контроля качества масла в диапазоне эксплуатационных режимов ДВС автомобильного транспорта / сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса Студент года 2020 (11 мая 2020 г.) В 4-х частях. Часть 3. - Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», 2020. - С. 15 - 20.
5. Сафиуллин Р.Н., Сорокин К.В., Беликова Д.Д.: Изобретение № 2739652 от 13.05.2020 "Автоматизированная система мониторинга экологических параметров двигателя внутреннего сгорания транспортных средств".
6. Охотников Б.Л. Эксплуатация двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие /. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. - 140 с.
