CC BY
27
УДК 629.471 Аболмасов Алексей Александрович,
аспирант кафедры «Электропоезда и локомотивы», Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ),
тел. 8-926-311-46-44, e-mail: [email protected]
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПА «ВСТРОЕННОЕ КАЧЕСТВО» В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ЛОКОМОТИВНОГО КОМПЛЕКСА
A. A. Abolmasov
REALIZATION OF THE«BUILT-IN QUALITY» PRINCIPLE IN THE INFORMATIONAL SYSTEMS OF THE LOCOMOTIVE COMPLEX
Аннотация. В статье приведено описание применения технологии «Встроенное качество» при сервисном обслуживании локомотивов. Рассмотрены три основных составляющих: встроенные статистические методы (оценка полноты и достоверности информации, определение закона распределения заданного параметра математического ожидания среднеквадратичного отклонения, расчет характеристик тренда заданных параметров, оценка параметра потока отказов как функции наработки, оценка среднего количества отказов как функции наработки, оценка вероятности равенства двух средних значений, оценка средней наработки до отказа и т. д.), алгоритмические защиты локомотивов (использование данных бортовых микропроцессорных систем локомотива и данных автоматизированных систем технической диагностики), интерактивная функциональность или интерактивная поддержка принятия решений (анализ накапливаемой информации о техническом состоянии локомотивов и автоматическое оповещение о результатах выполненного анализа соответствующих руководителей путем e-mail-рассылок и SMS-сообщений).
Ключевые слова: Встроенное качество, статистические методы, алгоритмические защиты, интерактивная функциональность, бортовые микропроцессорные системы, автоматизированные системы технической диагностики, Единая система мониторинга технического состояния локомотивов (ЕСМТ).
Abstract. The description of the use of «Built-in Quality» technology during the locomotive service is given in the article. Three main components are considered: built-in statistical methods (assessment of the completeness and accuracy of information, definition of the law of distribution of the standard deviation expectation given parameter, calculation of the characteristics of the set parameters trend, failure flow parameter estimation as a function of operating time, assessment of the average number of failures as a function of operating time, assessment of the likelihood of equality of the two averages, estimation of mean time to failure, etc.), algorithmical locomotive protection (the use of data of on-board locomotive microprocessor systems and data of automated systems of technical diagnostics), interactive features or interactive decision support system (analysis of information accumulated about technical condition of locomotives and automatic notification about the results of the analysis for the corresponding managers by e-mail newsletters and SMS-messages).
Keywords: built-in quality, statistical methods, algorithmic protection, interactive functionality, onboard microprocessor-based systems, automated systems of technical diagnostics, uniform system for monitoring the technical condition of locomotives (ESMT).
Введение
Для качественного обеспечения перевозочного процесса на отечественном железнодорожном транспорте нужны надежно работающие локомотивы, условия работы которых постоянно усложняются из-за увеличения весовых норм, увеличения межремонтных пробегов, снижения квалификации ремонтного и эксплуатационного персонала, старения парка и др. При этом надёжность локомотивов определяется не только качеством их технического обслуживания и ремонта, качеством запасных частей, соблюдением режимов эксплуатации, но также существенно зависит от достоверности исходной информации об их фактическом техническом состоянии.
В настоящее время в локомотивном комплексе используется большое число взаимодобав-ляющих (а иногда и дублирующих) информационных систем, в которых содержатся данные о работе и обслуживании локомотивов, их надёжности и ремонте: АСОУП, ГИД «Урал», КАСАНТ, КАСАТ, АСУТ и др. Информация этих систем является основой для принятия управленческих решений.
Анализ возможностей этих систем показал, что достоверность данных не всегда очевидна, осо-
бенно при использовании усредненных показателей. К сожалению, аналогичная ситуация с использованием данных возникает и в статистике по локомотивам: большинство отказов устраняются в течение суток, два-три локомотива стоят в течение года - в результате средний простой в депо на неплановом ремонте составляет месяцы. И такие данные озвучивают на различных совещаниях, используют при принятии управленческих решений. Неправильное использование данных касается большинства статистических показателей: средняя масса поезда, среднесуточный пробег, простой в ожидании ремонта и т. д. Таким образом, необходима проверка среднестатистической информации на достоверность.
В ОАО «РЖД» разработан комплект корпоративных стандартов управления качеством (СТК) для реализации на предприятиях транспорта Системы менеджмента качества (далее - СМК). Стандарты регламентируют и использование математического аппарата, в т. ч. для статистической обработки данных. К сожалению, практическое использование СТК в СМК крайне затруднено из-за недостаточной квалификации инженерно-технического персонала, отсутствия навыка проведения расчётов, недоступности исходных для расчёта данных.
Транспорт
ш
Для решения данной проблемы сервисная компания решила реализовать технологию «Встроенное качество» в технологических процессах сервисного обслуживания и ремонта локомотивов, защищенных от ошибок и некорректных действий.
По принятой в настоящее время общемировой терминологии «Встроенное качество» - это система мероприятий как технического, так и организационного характера, направленных на недопущение изготовления некачественной продукции: качество повышается не путем усиления контроля готовой продукции, а методом предотвращения появления брака в процессе. В мире известен ряд методов реализации встроенного качества: система «ноль дефектов», устранение источников возникновения ошибок, автономизация, применение стандартов менеджмента качества, «ноль дефектов», всеобщее управление качеством (TQM), защита от ошибок, контроль, методы и средства защиты от ошибок, система 5С, визуальный контроль, обучение персонала, диаграмма Исикавы (причины и результат), рейтинг причин появления дефектов, постоянное улучшение («Кайдзен»). На японских предприятиях встраивание качества в производственный процесс известно под термином «Дзидока». Одновременно следует рассматривать и принцип «Пока-ёкэ» (Poka-yoke) - защита от ошибок - метод, благодаря которому операцию можно сделать только одним, правильным способом и дефект просто не
может возникнуть.
В настоящее время в сервисной компании методология «Встроенное качество» разделена на три составляющих: встроенные статистические методы управления, алгоритмические защиты локомотивов, интерактивная функциональность.
1. Встроенные статистические методы
В сервисной компании разработана и проходит опытную эксплуатацию Единая информационно-управляющая система мониторинга технического состояния локомотивов (ЕСМТ). В этой системе вся информация об инцидентах, произошедших с локомотивами, фиксируется в едином информационном пространстве ЕСМТ (рис. 1) путем создания листа регистрации (одна запись в базе данных) (рис. 2). В результате формируется исходная база данных об отказах и неисправностях.
Таким образом, принцип построения ЕСМТ предопределяет её правильное использование: состав модулей достаточен для реализации полной функциональности ESTM/ITIL, порядок доступа для заполнения полей реализует метод 8D, состав полей соответствует методам 5W2H, 5W и др. Всё в ЕСМТ направлено на реализацию рекомендованных стандартами действий. Таким образом, даже не зная стандарты качества, работник сервисного локомотивного депо реализует правильную последовательность действий, что как раз и соответствует принципу «Встроенное качество».
Рис. 1. Основное окно ЕСМТ: каждой строке соответствует один инцидент
: Лист рсгштшм игчлдетггг
^Прматтьфи'л (./склад 1 Пауза (з Эскалации Устранен-Уцы 1В
Атоиипя 13Н1 К.., К|ИЧТТЧ1*К1Ь ¿анрьм НИН
3 Мб вргмп е сатуя №«1:1(1 rllHh.4l.J4 1
юли д>та>к_1 ниц. IH.04.WL,. ОГпцм гчхцктниелиосп т ГМЛ6ДИ« ликьрние ИЛ1Ч311..,.
СГАП1С РзЬон ГМ|РН 05.04. _ ПОДОММЫйГГЬ ГК.НОЙНОЙ
С.] ■ Канала | РиЬсть
(1.4 Пала ( ?«йЛВш|Я О.О.Е - ЙГ
* Л<1КЛМ1>1ИК, «!НЦ™ ПМ? 7Я18 : 142-7 ИРШУЛр-СИБ) 1 СИНИМ] Л[Пи]П1НГН1М Гснпнгь [Х!Н1(Ж>|
* Блнас пргллриппг СО 2СИ6 : ВАРНАУП : ЕАИШЛ
> Ответствен«*: м ,т**:атен.т ЛРЛ 2{И6 : ВАРНЛУП : ТЧР-18 [Р^М) БАРНАУЛ и
инцнцсп
* А.1 г £/времэ ,,н||и,,||Ч| л IM.04.JQ15 16:36:25 ¡а
Летй/йрЕмн диагносшчеаиГй Сапбщиия 05.04.301517:36:25 ы
Яктситенята по цвнчл АСУ
> обстоятельства »щидечта Осташока дщпя пр« тгиюратдк охлаждающей жлдрости 76С
» Мвао мзникиивеяия (дюокация) Т4Э-7 БАРНАУЛ I ЁЫбрагть |
П Лпкочстна на маиыг врананн .ншцвг-т; 1 Загнлнить автоматически
ч ЩТЛЕ 7ИЕ
№ ТОЕВД 1
Ыас» поезда- т. 0
9НМИ 0
АН 0
»ПО
М. ГР Тчн 0
ЛЕПИ гфиппан ТЧМ В
* Крнг№#10СЦ| 1 УОГООМЛЩИГ ы
* Нртсгчрия Нгрушгш^ рыжими ы
Причину МАГ-Д,! и тм ы
Рис. 2. Лист регистрации инцидента
Источниками информации об Инцидентах в ЕСМТ являются:
- данные бортовых микропроцессорных систем управления локомотивов (МСУТ), обработанные на соответствующих АРМ МСУ;
- данные автоматизированных систем технического диагностирования (АСТД);
- данные информационных систем АСУЖТ;
- данные журналов учета локомотивных депо, прежде всего - ТУ-152 (бортовой журнал локомотива);
- данные с расшифровок скоростемерных лент поездок.
Входная информация ЕСМТ фиксируется как «Инцидент» с созданием соответствующего «Листа регистрации инцидента» (ЛРИ) и записи в базе данных.
Создание ЛРИ в ЕСМТ может происходить тремя способами: автоматически (внутри информационных систем, например АСУТ, АСОУП), авто-матизированно (внутри информационных систем с подтверждением со стороны оператора, например АРМ МСУ) и вручную (например, по данным ТУ-152).
Работа с ЛРИ ведется на протяжении всего жизненного цикла Инцидента: в процессе устранения инцидента вся информация о времени, обстоя-
тельствах, ходе устранения, причинах, последствиях, замененных деталях и т. д. оперативно вносится в ЛРИ работником, отвечающим за контроль устранения Инцидента и ввод информации в систему.
На основании ЛРИ в системе формируется единая база данных (БД). Информация, накапливаемая в ЕСМТ, периодически обрабатывается с помощью методов теории вероятностей и математической статистики в модуле ЕСМТ «Статистическая обработка данных» (далее - Модуль статистики).
В результате данный модуль позволяет выполнять обработку данных по следующим направлениям:
• оценка полноты и достоверности информации;
• определение закона распределения заданного параметра математического ожидания и среднеквадратичного отклонения;
• расчет характеристик тренда заданных параметров;
• оценка вероятности равенства двух средних значений для заданных параметров;
• оценка параметра потока отказов оборудования и локомотивов в целом;
• оценка среднего количества отказов как функции наработки;
Транспорт
• оценка средней наработки до отказа после плановых видов ремонта;
• оценка среднего времени восстановления локомотива.
Ниже представлены формулы и примеры расчета по нормальному закону распределения заданного параметра математического ожидания и среднеквадратичного отклонения.
Математическое ожидание тх - мера среднего значения случайной величины х, вычисляемая по следующей форме:
1 М
тх =— У х,, (1)
NУ 1 ( )
где N - объем выборки случайных величин.
Далее по формуле (2) выполняется расчет среднеквадратичного отклонения ах, которое является показателем рассеивания значений случайной величины х относительно ее математического ожидания т :
а л =
1 N
-У(л " тл )2 ,
N -1У 1 х)
(2)
/ (х ) = -
1
ехр
а
(х - тх )2
2а
2
(3)
ш
где N - объем выборки случайных величин;
т - среднее значение случайной величины х.
Далее по формуле (3) выполняется расчет плотности вероятности нормального закона распределения:
На следующих двух рисунках приведены гистограммы, которые приняты во всём мире для визуального анализа статистических данных. На гистограммах показано, насколько часто происходят отказы при том или ином пробеге локомотива. Для этого весь интервал пробегов разбит на интервалы примерно по 14 тыс. км (шаг разбиения программа определяет сама по специальным формулам).
На рис. 3 приведен пример достоверной информации - это наработка на отказ тяговых электрических двигателей (ТЭД) тепловозов 2ТЭ10 всех индексов и секционности: сколько километров в среднем пробегают локомотивы от последнего ТР-1 до момента наступления отказа ТЭД. Данные взяты по Дальневосточной дирекции тяги в период с 01.01.2012 по 01.01.2014: всего 696 случаев отказа. Из гистограммы видно, что средняя наработка на отказ составляет 34 тыс. км, при этом процесс одномодальный: данными можно пользоваться при принятии управленческих решений.
Рис. 3. Наработка на отказ ТЭД тепловозов серии ТЭ10 на Дальневосточной железной дороге
На рис. 4 приведен противоположный пример, когда имеет место эффект «средней температуры» - это наработка на отказ дизельного оборудования тепловозов 2ТЭ10 всех индексов и секци-онности: сколько километров в среднем пробегают локомотивы от последнего ТР-1 до момента наступления отказа дизельного оборудования. Данные также взяты по Дальневосточной дирекции тяги с 01.01.2012 по 01.01.2014: всего 1455 случаев).
Из гистограммы очевидно, что (в отличие от ТЭД) в одной группе оказались приработочные отказы (до 10 тыс. км пробега) и наработка на отказ (в среднем 30 тыс. км). Имеет место т. н. двумо-дальный процесс (как и в случае с больницей). Такими данными пользоваться нежелательно: надо выделять данные о приработочных отказах в отдельную группу.
Рис. 4. Наработка на отказ дизельного оборудования тепловозов серии ТЭ10 от ТР-1 на Дальневосточной железной дороге
X
2. Алгоритмические защиты локомотивов
На основании опыта диагностирования локомотивов по данным МСУ было выявлено, что, помимо отказов и предотказных состояний (т. е. случаи, когда оборудование локомотива неисправно), встречаются нарушения режимов эксплуатации (т. е. случаи, когда корректно функционирующее оборудование локомотива выводится за пределы допустимых режимов работы машинистом). Таких случаев было выявлено и зафиксировано в ЕСМТ работниками сервисной компании за 2014 год более 13 000. Принцип работы алгоритмических защит во всех случаях одинаков: на основании анализа данных датчиков, установленных на локомотиве, при наличии опасных значений не допускается работа локомотива в опасном режиме: ограничивается мощность, срабатывает защита и др. Практическое использование данной методологии в сервисной
компании показало, что локомотив можно защитить от опасных режимов эксплуатации, тем самым повысив его эксплуатационную надежность. Примеры алгоритмических защит тепловозов и электровозов приведены в табл. 1 и 2.
3. Интерактивная функциональность
Суть интерактивной функциональности или интерактивной поддержки принятия решений заключается в следующем: в ЕСМТ накапливаются данные о техническом состоянии локомотивов, которые доступны для выполнения факторного анализа со стороны пользователя. Также по заранее определенным алгоритмам программа сама периодически проводит анализ и выявляет информацию, требующую принятия корректирующих мер. Эта информация автоматически доводится до сведения соответствующих руководителей путём е-шай-рассылки, SMS-сообщений или другими возможными способами информирования.
Т а б л и ц а 1
Пример алгоритмических защит тепловозов
Jft HlUllllt HSJIft UKHUH lKtiijna 1 а им м Серии ilOHOMOJ MKd CeUIH HÜ HOJ1 WT HB НЫС ÄOKJ-HiHl Ь| Ano|> и I и ti щи I и
1 Эанул Airviu jqtii Hirtkiu, ЗЯН0МХ ТСмЛС]1аТу]ИЛ ВОДЬ! mi mv 1 1 ll.-IJlVK l(ILJi JU IkCJlJtya rjlUL H 2П 1 ШУ 2T3116ДЮДЮДЮ8-01 РЭ1, чата 3 (л. M-H t Зшретнтъ талуек днгсля £ ВЫДачеИ предупреждения.
:(зугэтмк ^fimqcnp пишщтп ДНгСЛЬ-ГСНСраТОрНО!! V.-JLIIKin К l[ i-едг нсл.З: 1А-0ДГ.61РЭ, (tÎ7). Не ;|авать BOifiykден.неBf I ен^хлор, вшевщщй opti^ifnHn,
ТЭП7ЮВС Рсгла мент лксл^атанн н тепловозов ТЭГПйА<У,БС) ТЗП11>Л.1Н> p-.ï-l (л-l.Î) Запретить tiiiyck днгсля £ ны,№ЗчО|а предупреждений.
: Острей .ипе.и нрн EUJiïiiJlï ll[j'|.j|[ILJi-.. KhLiiqsilijsi.i iiSCJlä mi mv 1 1 ll.-IJlVK l(ILJi JU IkCJlJtya Tjuil II 2П 1 ШУ 2T.ï 116ДЮДЮДЮ8-01 Fil, чальi {n.J.IÛ.I.) He останавливать днзйдъ, еелн теилература масла превышает дол je типу ш. Ii ыдать предупреждение. После того, как температура вернется в допуск - остановить днгель.
■nrnoa: Реглшнг -мсл^атанн н тепловоюв ПГПЙ^У.ЕС) ППИШН1 P.ï-l (nJJ)
3 Д. UL m 1 L HOC ICjVln ЫШСННС д«1устныого mka щверагора зртэтмк ^щщдшц mjumqvnn ДНгСЛЬ-ГСНСраТОрНО!! V.-JLIIKin К l[ 1-9ДГ нсл.З: 1А-0ДГ.61РЭ, (tJÎ7). Вцд^ть преду лреж дсн не л yxCHUlJIITt иОЙу жДСИНС jVHCpäTOpa до достижения ТОкОи ДОЛуСТН НОЮ )Ш«П1,
mi mv ^щщдшц mjumqvnn телловов 2ПИЙУ 1ТЭ116.70.1 S«П Iii
4 Влешател ьство в jxjfioiy щкллеИнш ЬиОДулеИ *CrER5Y5* mi mv 1 1 Ik-IJiVk l(ILJi JU UiCJlJtyU TJUIL II MCY-ТП Гл йип, жесткнИ jutck ДМ на два логл 'tckjiï диска: снсиишй ДНСк с установленной ОС н 1фЖП1ДЩЫ ILJKH JlÜUlLILM M овеслеченлел-ышнтнть от Изменении функцис!) EWF Windows ХР Eirih., а на диск D: ясстн регистрации работы тепловоза. Ъ претить подключение внешние устройств (naвлзтури, шин), -в наелючен лен IIlt. h-днс ы для кок iL]^hitdiL 1ш ретульи^руюшнк фаллов
:(зугэтмк
ТЭП7ЮВС
Т а б л и ц а 2
Пример алгоритмических защит электровозов
№ Нл^ванис нарушенин рсжниа "эксплуатации (грив Ссылка на нормативные ддкущиы Л.]1чрнтч защиты
Э5К, 2<3)'.ЗС5К [1.34 «Б« ЦТ-40 Положения о локомотивнои Бригаде от 2$. [2 Распоряжение ЦТ-11р от [З.Ю2.12 Впцр-[¡резидента ОАО «РЯГДн А.В.Воротил кн на
1 ЬокЕова1а1е колёсных пир Он ижатъ ток ТЭД тем по и в секунду вплоть до прекращен ил боксования.
эшк
Э5К, Ш)ЭС5К
При метить алгоритм расчёта / ^аппси тем пературы ТЭД и умен ьшать тл гу как только температура Т^Д превысит
2 Следование на лимптпрующии подъем со скоростью ниже расчётной II. 6.4. решения совещания Ви де-[ 1рез идента ОАО «РЖД» А.В.Воротилкина .ЧЬ АВ-2Й от 28.07 20 [0.
ЭП2К
Многократное восстановление ГВ 2(3)ЭС5К Должностная инструкция машинисту "электровоз ЦТлб-ЗЙ от 15 июня 2009 года. Уменьшать мощность на 25^4 если 1"В срабатывает более 3 раз за последн не 5 часов.
гэс4к
4 Отключение мотор-вентиллтороа в резные выбега 2(3]'.ЭС5К Рас поряжен ие ОАО ^ЗКД " п.3.1.29 №77р от 20.01,20121. Убрать кноп ку отключения мотор- вентиляторов.
гэс4к
Применение крана 254 в тлге поетда дли предотвращен ил бо всован ил Э5ЕС, 2(ЛРС5К П. И).[22 ЦТ-ЦВ-ЦЛ-
5 гэс4к ВН ИИЗКТ/27 7 от [6.05.94 инструкция по 1 юс п луятаци и тор МОП) в При таденствованнн крана -Чп 254 с н мжать мощностьна 30«
ЭП2К подвижного состава
Ь Включен не 11С Н лр5 в ыкл ючен но м вентиляторе ЦВС ЭП2К [1.4.2.2.5 Руководство по эксплуатации ЗПЖСЙРЭ-] часть 2 Отклю чать ПСН при выключении ЦВС
Примеры событий, требующих интерактивной функциональности: нарушение безопасности движения поездов, отказ локомотива на линии, неплановый заход локомотива в сервисное локомотивное депо (далее - СЛД), нарушение графика постановки локомотивов на техническое обслуживание и ремонт в СЛД, перепростой локомотива на плановом ремонте и другие события, требующие принятия корректирующих воздействий.
Выводы
Таким образом, методология «Встроенное качество» по мере развития информационных технологий (в т. ч. ЕСМТ) и бортовых МСУ локомотивов становится реальным инструментом повышения надёжности локомотивов.
Данная методология позволит впервые в отечественной практике внедрить в работу использование методов математической статистики и
