CC BY
9
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
11 - термические дефекты (в 2-х - нагрев свыше 700°С)
9 - электрические дефекты (1 - с аварийным развитием дефекта)
5 - износовые дефекты (2 - в эксплуатации более 40 лет)
Рис. 2. Распределение дефектов в силовых (тяговых) трансформаторах, выявленных методом хроматографического анализа газов, растворенных в трансформаторном масле
датчика частичных разрядов «R2100» - 12 для измерения и анализа состояния изоляции оборудования по частичным разрядам; автоматизированной измерительной системы «Поликом РПН»; векторного измерителя VV-Tester (Vector Voltage Tester) параметров изоляции трансформаторных вводов под напряжением (контроль tgS и частичных разрядов) и др.
На Красноярской железной дороге введена в работу 21 система диагностики оборудования тяговых подстанций СДПП, устанавливаемая на фидерах контактной сети. К сожалению, более широкое применение средств мониторинга и диагностики состояния СТ, применение экспертных систем в организации производственных процессов, позволяющих эффективно изменить систему обслуживания оборудования тяговых подстанций по всей сети железных дорог, и в частности на Красноярской железной дороге, сдерживает недостаточное финансирование.
изоляции происходит под действием трех факторов:
1) теплового старения;
2) динамического износа;
3) влияния климатических условий.
Современный уровень диагностики устройств СТЭ в непрерывном технологическом процессе позволяет выявить основные показатели предельного состояния силовых трансформаторов тяговых подстанций в эксплуатации, закономерности их повреждаемости, установить наиболее часто встречающиеся повреждения и далее разработать систему оценки технического состояния СТ в эксплуатации и поддержания их на заданном уровне. Необходимо изменить систему обслуживания оборудования тяговых подстанций за счет широкого применения средств мониторинга и диагностики состояния СТ по всей сети железных дорог, и в частности на Красноярской железной дороге.
Выводы. От состояния электрооборудования тяговых подстанций напрямую зависит безопасность движения поездов, пропускная способность участков железной дороги, обеспечение транзита электроэнергии питающих энергосистем, надежность электроснабжения железнодорожных узлов и сторонних потребителей.
Процесс снижения прочности изоляции, называемый старением или износом изоляции, при достижении минимально допустимого значения, определяет срок службы трансформатора. Старение и нарушение электрической прочности применяемой в трансформаторах твердой (бумажной)
БИБЛИОГРАФИЯ
1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. М. : Госстандарт, 1986.
2. Оценка и прогнозирование состояния главной изоляционной системы силовых трансформаторов / Пантелеев В. И., Попов Ю. П., Степанов А. Г., Южанников А.Ю. // Электрика. 2006. № 8. С. 38-42.
3. Лоханин А. К., Соколов В. В. Обеспечение работоспособности маслонаполненного оборудования после расчетного срока службы // Электрика. 2002. № 1. С. 10-16.
Мартьянов В.И., Пахомов Д.В., Архипов В.В. УДК 625.71.8
ОРГАНИЗАЦИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЕМ РЕГИОНАЛЬНОЙ СЕТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Повышение эффективности функционирования автомобильных дорог в России неразрывно связано с совершенствованием их зимнего содержания, от качества которого, в конечном счете, зависит непрерывность, скорость и безопасность движения автомобилей, например, для Иркутской области это примерно 180 дней в году.
Содержание сети автомобильных дорог состоит в регулярном проведении комплекса работ на участках дорог и их инфраструктуре для обеспечения возможности непрерывного и безопасного проезда автомобильного транспорта. На содержание расходуется обычно более 60-70% бюджета региона, выделяемого для всего дорожного хозяйства (отметим, что в 2009 году в Иркутской области на содержание расходуется 100% регионального бюджета дорожного хозяйства).
Организация зимнего и летнего содержания автомобильных дорог является комплексной задачей, реализуемой на основе обширного банка данных из которого важнейшими сведениями являются:
- техническая категория автомобильных дорог, включая геометрические параметры всех участков, количественные характеристики элементов (для расчета объемов работ по содержанию);
- результаты технического обследования транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, включая определение опасных участков, требующих посыпки противогололедным материалом (ПГМ) в период зимнего содержания;
- дорожно-климатическое районирование региона, включая данные по объемам и длительности снегопадов, метелям и гололедным явлениям;
- регламенты работ по содержанию с цикличностью, ориентировочными календарными сроками (с учетом технических категорий автомобильных дорог и дорожно-климатического районирования);
- техническое оснащение эксплуатационных предприятий с их дислокацией, областями обслуживания сети автомобильных дорог;
- дислокация ресурсных (ПГМ) баз для организации зимнего содержания, транспортные схемы и технологические карты посыпки противогололедным материалом (ПГМ) опасных участков в период зимнего содержания;
- укрупненные единичные расценки работ по содержанию (на основе норм времени, объемов и стоимостей ресурсов: материалов, средств механизации, почасовой заработной платы рабочих и машинистов).
В статье рассматривается формализация задачи управления организацией содержания сети автомобильных дорог, ориентированная на применение логико-эвристических методов [1] для решения задач календарного, ресурсного и стоимостного рационального сетевого планирования работ по содержанию (для уменьшения затрат при выполнении комплекса работ).
Отметим также, что данная формализация очень близка к проекту реляционной базы данных, рассматриваемой предметной области, что также имеет самостоятельное, как минимум, методологическое значение для разработчиков программного обеспечения для управления организацией содержания сети автомобильных дорог.
Кроме того, рассматривается математическая задача рационального определения зон обслуживания ресурсных баз, а именно, баз складирования противогололедных материалов (ПГМ), что позволяет уменьшить средства, выделяемые на зимнее содержание, сокращает время ликвидации зимней скользкости и, следовательно, повышает безопасность дорожного движения.
Результаты данной работы реализованы (Госконтракт №254 2003-05гг. с Администрацией Иркутской области) в системе «Мониторинга сети автомобильных дорог Иркутской области», используемой ОГУ «Дирекция по строительству и
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
эксплуатации автомобильных дорог Иркутской области», хотя после перехода на конкурсные торги проведения работ по содержанию участков сети автомобильных дорог значение этого программного обеспечения уменьшилось (для рассматриваемой области экономических расчетов).
1. Задача управления организацией содержания сети автомобильных дорог.
В качестве математической модели, определяющей территориально распределенный комплекс (сеть автомобильных дорог), будем использовать ориентированный нагруженный граф G с координатной системой (пикетажом) на ребрах.
Таким образом, нагруженный граф является двуосновной алгебраической системой G = { V, R; а}, где V - совокупность вершин, R - ориентированные ребра (участки автомобильных дорог, включая необслуживаемые), а - совокупность отношений и операций (описание ниже), определенных на вершинах и ребрах нагруженного графа (сигнатура алгебраической системы).
Вершины графа в основном являются примыканиями и пересечениями, либо концом (соответственно, началом) автомобильной дороги, т.е. концом или началом учетной единицы (титул) реестра обслуживаемых автомобильных дорог. Также вершинами могут являться муниципальные образования, которые сами обслуживают свои дороги, в этом случае вершине должно быть сопоставлено расстояние, которое необходимо проезжать по дорогам этого муниципального образования.
Определим основные отношения алгебраической системой G, входящие в сигнатуру а.
1. Metr(r, Name, b, e), где r- ребро графа; Name — наименование автомобильной дороги (титул); b, e — пикетаж (числа), соответственно, начала и конца ребра (расстояние от нулевого километра, обычно в метрах). Это отношение в дальнейшем будем называть определяющим титулы (наименования) и пикетаж (метрику) участков автомобильных дорог.
2. Relat(r1, v, r2, d, p), где r1, r2 — ребра графа, примыкающие к вершине v; d — расстояние между участками r1, r2; p - совокупность других дополнительных параметров для описания свойств вершины графа v. Это отношение в дальнейшем будем называть задающим связность участков автомобильных дорог.
Конечно, приведенная линейная система координат (пикетаж) недостаточна для адекватного описания такого сложного объекта, как сеть автомобильных дорог со своей инфраструктурой. В
ШуПЖ
идеале сеть автомобильных дорог со своей инфраструктурой должна быть задана в геоинформационной системе с использованием цифровой топо-основы масштабных рядов 1:25000, 1:10000 и даже 1:500 для отдельных участков, хотя для рассматриваемых здесь задач управления содержанием сети автомобильных дорог, это не так важно.
Необходимо также определить подмножества частей ребер графа G, которые объединены по административному признаку (расположены в одном районе), хозяйственному (обслуживаются одним эксплуатационным предприятием) или какому-то другому. Для этого введем еще одно основное множество SetG и отношение Incl(s, r, c, f), где s из S, r - ребро, причем, если Metr(r, Name, b, e), то c (f) больше или равно b (соответственно, меньше или равно e). В случае необходимости явно представить элементы подмножества s из SetG будем использовать несколько упрощенное обозначение (отсутствует начало и конец участка дороги)
s ={ r1, r2, ..., rk}. (1)
Подмножество s из S, заданное формулой (1), будем называть маршрутом, если для любого i < k ребра ri, ri+1 связаны отношением Relat.
Маршруты являются удобным механизмом создания технологических карт, схем доставки материалов и др. Первый r1 и последний rk элементы должны иметь уточнения по началу (соответственно, концу) участка.
Автомобильная дорога (СНиП 2.05.02-85 «АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ») состоит из пяти основных конструктивных элементов:
- земляное полотно и полоса отвода;
- дорожная одежда;
- искусственные сооружения;
- обстановка и благоустройство;
- озеленение.
Для задач содержания автомобильных дорог будем рассматривать объекты и их характеристики, определенные в таблице 1.
Таким образом, необходимо определить еще одно основное множество объектов исполнения работ по содержанию Ob со следующими отношениями:
- дислокации Disl (o, r, b, e, p), где o — объект из Ob, r- ребро графа, b, e — пикетаж, p — дополнительные параметры уточнения дислокации объекта;
- свойств ProperOb (o, type, name, p), где o — объект из Ob, type, name - тип и имя объекта (столбцы 2 и 3 из таблицы 1), p — дополнительные параметры, обеспечивающие связь c работами, которые можно назначать для данного
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИИ
объекта. В частности, дополнительные параметры включают информацию из столбцов 4 и 5 таблицы 1.
Дислокация объекта является не только расстоянием от нулевого километра дороги до начала объекта, протяженность объекта (или расстояние
от нулевого километра дороги до конца объекта), а также расположение (слева, справа и др.), расстояние от осевой линии дороги, высота от поверхности (полотна, обочины и др.), контурное определение (последовательность точечных объектов, соединенных отрезками) и прочее.
Таблица 1
Описание объектов автомобильной дороги
№ Идентификатор типа Идентификатор имени Характеристика для назначения работ Характеристика объема
1 2 3 4 5
Весенне-летне-осеннее содержание
1 Дорожная одежда Проезжая часть Тип покрытия Ширина
2 Земляное полотно и полоса отвода Разделительная полоса Тип конструкции Ширина
3 Обочина Тип конструкции Ширина
4 Откос Тип конструкции Ширина
5 Полоса отвода Тип угодий Ширина
6 Водоотводные канавы Тип конструкции -
7 Продольные лотки Тип конструкции Площадь сечения
8 Поперечные лотки Тип конструкции Площадь сечения
9 Искусственные сооружения Тротуар Тип покрытия Ширина
10 Перильные ограждения Тип конструкции Высота
11 Ограждения пролетных строений Тип конструкции Высота
12 Колесоотбойник Тип конструкции Высота
13 Проезжая часть Тип покрытия Ширина
14 Опорные узлы Тип конструкции -
15 Сопряжение моста с насыпью Тип конструкции -
16 Водопропускная труба Тип конструкции Длина, Площадь сечения
17 Обстановка и благоустройство Дорожный знак Номер по ГОСТ Площадь щитка
18 Сигнальные столбики Тип конструкции Высота
19 Ограждения Тип конструкции Высота
20 Павильоны Тип конструкции Площадь
21 Тротуар Тип покрытия Ширина
22 Разметка Номер по ГОСТ Материал
23 Посадочные площадки Тип конструкции Площадь
Зимнее содержание
-1 Дорожная одежда Проезжая часть Тип покрытия Ширина
-2 Проезжая часть Опасный участок Ширина
-3 Проезжая часть Снегозаносимный участок Ширина
-4 Земляное полотно и полоса отвода Разделительная полоса Тип конструкции Ширина
-5 Обочина Тип конструкции Ширина
-6 Искусственные сооружения Тротуар Тип покрытия Ширина
-7 Проезжая часть Тип покрытия Ширина
-8 Водопропускная труба Тип конструкции Длина, Площадь сечения
-9 Снегозащита Тип конструкции -
-10 Обстановка и благоустройство Павильоны Тип конструкции Площадь
-11 Дорожный знак Номер по ГОСТ Площадь щитка
-12 Сигнальные столбики Тип конструкции Высота
-13 Ограждения Тип конструкции Высота
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Как отмечалось во введении, основной задачей содержания автомобильных дорог является планирование комплекса работ с наименьшими затратами.
Таким образом, необходимо определить еще одно основное множество работ Work по содержанию объектов Ob со следующим отношением:
- свойств ProperWork (w, time, type,
name, p), где w из Work, time - период проведения работ (содержание зимнее или весенне-летне-осеннее, возможно также указание более точных календарных сроков), type, name - тип и имя объекта (столбцы 2 и 3 из таблицы 1), p -дополнительные параметры, обеспечивающие связь c объектами для которых можно назначать данные работы. В частности, дополнительные параметры включают информацию из столбцов 4 и 5 таблицы 1.
Важной характеристикой множества работ является наличие иерархической структуры с частичным порядком («кустарник»), т.е. необходимо рассматривать алгебраическую систему вида Work = <{wi,..., wk}; > >.
В дальнейшем применение работы к конкретному объекту будет сводиться к применению всех меньших нулевого ранга («листья» дерева, не имеющие меньших).
В ряде случаев будет удобно работать с подмножествами работ (wb..., wm}, которые составляют регламент работ для какой-то совокупности участков дорог, либо, как указано выше, являются составляющими работы большего ранга. Основное множество, состоящее из элементов такого вида, будем обозначать SetWork.
Для некоторых работ (как правило, нулевого ранга) определены укрупненные единичные расценки (УЕР), задающие временные, ресурсные и стоимостные показатели для указанного объема работы.
Формализацией УЕР будет отношение OneCost(w, cap, clock, worker, tech, mater, money),
(2)
где w из Work, cap - объем работ (и описание единицы измерения объема), clock - время необходимое для исполнения данного объема работ, worker - необходимые рабочие, tech - необходимые средства механизации, mater - объем и стоимость необходимых материалов, money -стоимость работ в целом.
Структура УЕР, как правило, включает нормы времени и стоимость для отельных рабочих и средств механизации, но для решаемых нами задач такой уровень детализации не требуется.
Планом работ будем называть применение регламента работ [wj,..., wm} (элемент основного множества к SetWork) к совокупности участков дорог [rj, r2, ..., rk} (элемент основного множества к SetG).
План работ будем представлять отношением (таблицей БД)
Plan Work (r, b, e, o, num, w), (3)
где объект o участка дороги r (b, e - дислокация), связанный с работой w отношениями Pro-perOb и ProperWork (т.е., данные отношения имеют одинаковые type, name, как для объект o, так и для работы w), num - объем работы на объекте o, причем, если работа w имеет единичную расценку (2), то стоимость выполнения работы w на объекте o равна money * num, а время проведения работы равно
clock * num.
Реализацией (сетевым графиком выполнения) плана работ будем называть выделение ресурсов, т.е. определение времени исполнения работ (календарные сроки), средств механизации, рабочих и материалов. Более наглядно можно представить реализацию плана работ, как отображение графика отношения PlanWork (3) в декартово произведение множеств, называемое в дальнейшем совокупностью ресурсов,
Resource = Time x Worker x Tech x Mater, (4) где Time - календарные сроки выполнения работ (время дискретное с шагом равным 10 минутам, хотя возможен другой больший или меньший шаг), Worker - совокупность рабочих, Tech -совокупность средств механизации, Mater -совокупность материалов. Такое отображение (сетевой график выполнения работ), обозначаемое в дальнейшем Schedule, должно удовлетворять ряду ограничений, связанных с планированием с убывающим ресурсом (нельзя одно средство механизации или рабочего одновременно использовать на разных объектах) и учетом затрат на доставку средств механизации и рабочих, а для некоторых работ и материалов.
Важной характеристикой рабочих и средств механизации является дислокация на определенный период времени, включая места постоянной дислокации. При реализации плана работ необходимо учитывать затраты на передислокацию (временные, ресурсные и стоимостные затраты). Отметим, что вопрос дислокации может касаться и мест складирования материалов (III М).
Для возможности формально определить ограничения распишем более подробно задание отношения сетевого графика выполнения работ
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИИ
Schedule(r, b, e, o, num, w, clock, worker, tech, mater), (5)
где параметры r, b, e, o, num, w - те же, что и в отношении PlanWork (3), clock - начало и конец календарных сроков проведения работ, worker, tech, mater - элементы совокупностей Worker, Tech, Mater (4), соответственно.
Формализация ограничений.
1. Планирование с убывающим ресурсом : любые две записи (элемента графика) отношения Schedule (5), связывающие одно и то же средство механизации или рабочего, не могут иметь пересекающееся календарное время по срокам начала и конца clockl и clock2, соответственно.
2. Учет затрат на доставку средств механизации и рабочих: любые две записи (элемента графика) отношения Schedule (5), связывающие одно и то же средство механизации или рабочего, не могут иметь дислокации r1, b1, e1 и r2, b2, e2 недостижимые по времени перехода равному разности конца clock1 и начала clock2.
Пункт 2 формализации ограничений предполагает проведение работ wi и w2 в один рабочий день при отсутствии промежуточных работ (такие работы в дальнейшем будем называть смежными), т.е. проводящихся с использованием того же ресурса (средства механизации или рабочего), передислокация которых, производится в период времени между концом clock1 и началом clock2. Этот период времени и определяет размер затрат на доставку средств механизации и рабочих.
Определим тариф на доставку средств механизации и рабочих, зависящий от времени доставки, как функцию
money = Tariff (clock, object), (6) где clock - время доставки, object — наименование объекта доставки (средство механизации или рабочий), money — стоимость доставки за данное время.
Определим стоимость CostSched сетевого графика выполнения работ Schedule (5), где все работы имеют единичные расценки (2).
Пусть график отношения Schedule (5) имеет k кортежей, т.е.
Schedule(r, bi, ei, oi, numi, wi, clocki,
workeri, techi, mater), (7)
где i = 1,...,k. Тогда затраты на проведение работ CostSchedwork (без стоимости затрат на доставку средств механизации и рабочих ) равны
k
CostSchedwork = ^ moneyi ■ numi, (8)
i=1
где moneyi — единичная расценка, соответствующая работе wi.
Для определения затрат на доставку
средств механизации и рабочих предположим, что график отношения Schedule (7) состоит из смежных одной работы w, упорядоченных по времени и проводимых в течении одного рабочего дня day, ресурсы данной работы (worker, tech) будем обозначать object. Тогда затраты на доставку средств механизации и рабочих CostSchedobjectiday будут равны
CostWay(r1, b1, object) + Tariff(clock2—clock1, object)+...+ Tariff (clockk — clockk-1, object) +
CostWay(rk, ek, object) , (9)
где первое и последнее слагаемое соответствуют затратам на доставку средств механизации и рабочих на первый объект работы и, соответственно, с последнего объекта на место постоянной дислокации, clocki — clocki-1 — время перехода от i-1 объекта к i — му.
Затраты CostSchedtransp на доставку средств механизации и рабочих будут равны сумме CostSchedobjectiday (9) по всем ресурсам (worker, tech) и дням работы day графика отношения Schedule (7).
Таким образом, общие затраты CostSched на выполнение сетевого графика работ равны
CostSchedwork +CostSchedtransp . (10)
Формула (10) определяет процедурную семантику (вычислимость) расчета стоимости CostSched содержания сети автомобильных дорог для заданного регламента работ.
Данная постановка позволяет использовать нетрадиционные логико-эвристические методы сетевого планирования [1], включая оптимизации перебора: с просмотром вперед (отсечение тупиковых вариантов) и переходом на определенное количество итераций назад (глубокий возврат).
2. Задача нахождения областей обслуживания ресурсных баз для сети автодорог
Качество зимнего содержания автомобильных дорог определяется не только своевременностью проведения снегоуборочных и противогололедных работ, но и эффективностью использования материальных, трудовых и денежных ресурсов, направляемых на их выполнение, что требует рационального планирования выполнения этих работ. Рациональное распределение зон обслуживания ресурсных баз, а именно баз складирования противогололедных материалов (ПГМ), позволяет уменьшить средства, выделяемые на зимнее содержание, сокращает время ликвидации зимней скользкости, что повышает безопасность дорожного движения. Методы сетевого планирования, в
