CC BY
9
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Вып.№8
1999г
УДК 625.4:681.518
Паруиакян В.Э.1, Гусев Ю.В/, Касимов Э.В2
ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Проанализирована работа действующей системы технического содержания железнодорожных путей промышленных предприятий. Рассмотрен вопрос определения количества информации. Установлен принцип определения количества информации для некоторых значений непрерывной величины отдельного геометрического параметра рельсовой колеи.
Эксплуатация железнодорожного пути промышленных предприятий характеризуется воздействием на его конструкцию возмущающих факторов: поездной нагрузки, природных и производственных явлений. Указанные воздействия вызывают износ элементов и отклонение геометрических параметров от нормативных значений и деградацию пути в целом:.
В этой связи железнодорожный путь, как техническая система, может находиться в различных состояниях, под которыми понимается комплекс его характеристик в произвольный момент времени. Они различаются по внешним признакам, которые называют диагностическим сигналом.
С учетом соблюдения требований взаимоисключения и совместимости уровни состояния железнодорожного пути могут оцениваться как полн^^ью работоспособное А12' (ограничений движению поездов нет), ограниченно работоспособное ' (скорости движения поездов ограничиваются) и неработоспособное (путь для движения поездов закрыт).
С другой стороны система технического содержания железнодорожного пути предприятий представляет собой совокупность двух звеньев: производственного, включающего рельсовый путь, искусственные сооружения и технические средства, а гзкже управляющего, обеспечивающего его эксплуатацию и ремонт.
Поддержание технического состояния рельсового пути на уровне нормативных требований может обеспечиваться только при проведении специально организованной коррекции процессов деградации с проведением соответствующих восстановительных мероприятий, регламентируемых системой технического содержания.
Для такого сложного технического объекта, как железнодорожный путь, корректирующее воздействие включает различные виды работ: восстановление пути в целом, замену отдельных элементов верхнего строения (рельсов, шпал)., а также восстановление геометрических параметров рельсовой колеи (по ширине и уровню). В первом случае, - это комплекс работ по ремонту (капитальному или среднему), в последующих - комплекс планово-предупредительных работ и внеплановых работ текущего содержания пути.
Весьма различные уровни состояния железнодорожног о пути определяют разные условия назначения приведенных видов работ. С другой стороны, в су шествующих экономических условиях, материальные и финансовые ресурсы, выделяемые предприятиями для их выполнения, достаточно ограничены. Поэтому заданный уровень эксплуатационной готовности железнодорожных путей может быть достигнут только при условии комплексного технико-экономического планирования всех видов указанных работ с последующей оптимизацией пла-
1 ПГТУ, канд. техн. наук, проф.
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
3 ПГТУ, аспирант
на по ресурсам.
Это связано с необходимостью создания эффективно действующей системы управления процессом эксплуатации железнодорожных предприятий. Между тем, аналю показывает, что именно звено управления в традиционной системе технического содержания пути, сложившейся на предприятиях еще в шестидесятые годы, не отвечает современным требованиям производства [1].
Одним из основных недостатков существующих методов управления является низкий уровень надежности плана ремонтно-путевых работ как центрального звена этого процесса. Его формирование производится, как правило, по ресурсному принципу, при отсутствии достаточно объективной, полной и качественной информации о фактическом состоянии железнодорожного пути, он не содержит также всех видов работ, что в итоге исключает возможность его оптимизации по ресурсам.
Таким образом, повышение эффективности системы технического содержания железнодорожных путей предприятий необходимо решать с позиций системного управления из условий целевого функционирования. При этом, одной из важнейших предпосылок является переход от нормативного метода планирования к назначению путевых работ по фактическому состоянию железнодорожного пути.
В данном случае задача управления будет заключаться в компенсации возмущений от поездной нагрузки и внешних факторов, воздействующих на железнодорожный путь в процессе работы, и поддержание его состояния (z) из большого разнообразия: возможных состояний (Z)
Fí2> ^ - 17<2> г- 7
на уровне нормативного состоянияLj . Это можно записать в виде - t & <—
Нетрудно видеть, что основным при решении задачи является ограничение разнообразия возможных состояний. Следовательно, если при отсутствии управления разнообразие может характеризоваться энтропией Н0, то при наличии управления оно должно быть снижено до энтропии Нщ. Другими словами, система управления должна обеспечивать требуемое приращение " негэнтропи= Нтр - Иц. AN
Приращение '"р обеспечивается корректирующими воздействиями на железнодорожный путь, организуемыми на основе той информации J, которой располагает система. Чем более полной и истинной информацией располагает управляющее звено о рельсовом пугти и чем полнее и правильнее она реализуется при организация корректирующих воздействий, тем большее приращение негэнтропии может быть обеспечено. Иначе говоря в процессе управления техническим содержанием рельсового пути определяющей становится роль диагностической информации.
Для системы технического содержания железнодорожного пути информация о его состоянии формируется на основе диагностических сигналов, полущенных при регулярном инструментальном контроле, и преобразуется в статистическуто информацию. Решение о принятии мер по поддержанию пути в исправном состоянии основывается на результатах измерений рельсовой колеи (ширины колеи, уровня головок рельсов, просадок, перекосов) и оценки юно-сов элементов в конструкции пути (рельсов, шпал).
При функционировании системы технического содержания железнодорожного пути должна решаться задача получения сведений о его состоянии по нескольким указанным параметрам. С системотехнических позиций этот процесс можно представить в виде четырехзвен-ной структуры: объект X (железнодорожный путь); средства съема и фиксации параметров и характеристик пути; отражающая подсистема Y (результаты замеров параметров и характеристик пути); подсистема анализа и решения и (целостная картина состояния пути). Таким образом, имеется система S состоящая из двух отражающих действительность подсистем: первичная - Y и вторичная - и. Этими подсистемами производится два преобразования соответственно: прямое преобразование y=F(X) и обратное Х 1 W, которое осуществляется на основе сопоставления полученных данных с ранее полущенными сведениями, прогнозами и нормативами [2].
При таком подходе объективно содержит информацию о состоянии пути подсистема У, а не сам объект X Рассматривая свойства информации основное внимание обычно уделяется той его характеристике, которая полущила название «количество информации».
Вопрос обоснованного определения количества информации имеет весьма важное значе-
ние, так как он, с одной стороны, определяет требования и к качеству информации, га с другой стороны - обусловливает выбор способов и средств ее сбора, х ранения и обработки в процессе дальнейшего практического использования для планирования и управления путевыми работами.
Основными методами определения количества информации являются: комбинаторный статистический и метрический. Все эти методы исходят из принципа разнообразия [2, 3]. В качестве меры разнообразия (неопределенности) применяется энтропия, а общее выражение дня
количества информации /, если принять X ~ У, имеет вид
1(У,Х) - Н(Х) - Ну(Х), (1)
где Н(Х) - энтропия определяемой характеристики железнодорожного пути; Ну(Х) - средняя условная энтропия остаточной неопределенности (невыявленного разнообразия) при всех образцах у еУ.
Определение количества информации для некоторых значений непрерывной величины X с погрешностью 0 <\8\ > Л с учетом краевого эффекта при произвольном распределениии р(х) является достаточно сложным, поскольку точное определение 1л(Х) весьма затруднено. Приближенно 1л(Х) определяется по формуле
1,.(х) = 1п^-р> (2)
2 А
где ах - среднее квадратическое отклонение X.
Для диагностики железнодорожного пути количество информации при оценке некоторых значений непрерывной величины одного из геометрических параметров с погрешностью О < 8 > X при /(^ = 1'Х и р(х) 1/(хтах - хт111) значения ¡х(Х) с достаточной для практических целей точностью рекомендуется определять по формулам
I, =1п~ + -1п- при/>2; (3)
2 у 2
1Д =2- — + 0,\25у--\пу при2 >у>1; (4)
У У
1а = 0,625/ при у < 1. (5)
где у - (хтах - х„Ф1)/Л.
Показатель количества информации в прагматическом аспекте реализуется в показатели качества информации. Прагматические качества информации подразделяются на три основные группы: по отношению к информации ее получателя (полезность, интенсивность поступления и др.); по ее связи с источником (существенность, интенсивность ген»;радии); количество информации, выступающее как качественная характеристика (истинность, полнота и др.).
Поэтому в последующем применительно к диагностике железнодорожного пути, должны быть определены основные прагматические характеристики качества диагностической информации.
Выводы
1. Вопросы повышения эффективности управления техническим содержанием железнодорожных путей предприятий связаны, в первую очередь, с совершенствованием планирования комплекса работ по противодействию его деградации. Основой планирования является получение объективной, полной и своевременной диагностической информации о фактическом состоянии рельсового пути.
2. Исследованиями установлен принцип определения количества диагностичхкой информации для некоторых значений непрерывной величины отде льного геометрического пара-
метра рельсовой колеи, позволяющий получить результаты с достаточной для практических целей точностью. На этой основе должны быть определены прагматические характеристики качества диагностической информации.
Перечень ссыпок
1. Парунакян В.Э. Формирование системного подхода к проблеме обеспечения эксплуатационной готовности железнодорожных путей в производственно-транспортных комплексах предприятий. // Вестник Приазов. гос. техн. ун-та: Сб. науч. тр. - Мариуполь, 1995. - Вып. 1. -С. 230-234.
2. Николаев В.М., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1985. - 199 е., ил.
3. Николаев В.И. Информационная теория контроля и управления. - Л. Судостроение, 1973.-254 с.
Парунакян Владимир Эмильевич. Канд. техн. наук, проф. кафедры "Промышленный транспорт", окончил Харьковский горный институт' в 1952 году. Основные направления наушных исследований - совершенствование системы и снижение затрат на эксплуатацию и ремонт технических средств промышленного железнодорожного транспорта.
Гусев Юрий Вячеславович. Канд. техн, наук, доц. кафедры "Промышленный транспорт", окончил Челябинский государственный педагогический институт' в 1970 году. Основные направления научно-исследовательской работы - совершенствование системы эксплуатации и ремонта железнодорожных путей, компьютеризация управления путевым хозяйством.
Касимов Эдуард Викторович. Аспирант кафедры "Промышленный транспорт", окончил ПГТУ в 1996 году. Основные направления научно-исследовательской работы - совершенствование системы диагностики верхнего строения пути, создание: АСУ путевым хозяйством про-изводственно-транспортного комплекса.
