CC BY
25
ладает следующими особенностями:
- разномарочный подвижной состав;
- деятельность, направленная на удовлетворение потребностей города в пассажирских перевозках;
- разнообразие объёмов перевозок.
В связи с вышеизложенным, в качестве параметра оптимизации произведён выбор стоимости единицы транспортной операции - затраты на километр общего пробега.
Для статистической обработки исходных данных подвижной состав ГПТ был разбит на подгруппы, в которые входят автотранспортные средства одного класса. Установление взаимосвязи стоимости единицы транспортной операции со структурой ПС ГПТ города Оренбурга произведено регрессионным способом в первом случае уравнение регрессии первого
порядка на всех компонентах.
Произведённый регрессионный анализ на главных компонентах позволил установить зависимость стоимости транспортной операции от количества и структуры ПС, вносящего наибольший вклад в изменение стоимости единицы транспортной операции.
Формирование рациональной структуры ПС ГПТ Оренбурга произведено методом направленного перебора количества ПС с соблюдением ограничений целевой функции.
Таким образом, результатом исследований является получение математической модели в виде уравнения регрессии с установленными коэффициентами при компонентах, что позволяет проводить оптимизацию крупных и ложных по структуре систем ГПТ с большей размерностью.
1. Любимов И.И., Султанов Н.З., Ныров Г.К. К вопросу повышения эффективности функционирования автотранспортного предприятия с использованием программно целевого планирования и выбора рациональной структуры парка // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 10. Ч.2 . С. 422-428.
2. Петров А.А., Поспелов И.Г. Системный анализ разви-
Библиографический список
вающейся экономики // Изв. АН СССР. Технологическая кибернетика. 1979. № 2. С. 18-27; № 3. С. 28-36; № 4. С.11-23; № 5. С. 13-24.
3. Виттих В.А. Управление открытыми системами на основе интеграции знаний: Автометрия // Методы и средства искусственного интеллекта. 1998. № 3.
УДК 622.7
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ РАБОТОЙ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЛОКОМОТИВОВ ГРУЗОВОГО ДВИЖЕНИЯ
В.В.Макаров1, М.В.Белков2
Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Предложены места оптимальной расстановки вспомогательных локомотивов, а также модель системы поддержки принятия решений при управлении работой вспомогательных локомотивов грузового движения серий ВЛ85 и ВЛ80р на полигоне ВСЖД Тайшет - Петровский завод. Для описания модели использованы принципы и методы теории автоматического регулирования. Ил. 8. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: система поддержки принятия решений; эксплуатационная работа локомотивов грузового движения; вспомогательный локомотив; расстановка вспомогательных локомотивов; теория автоматического регулирования; устойчивость и качество системы автоматического регулирования.
DECISION SUPPORT SYSTEM UNDER THE BACKUP FREIGHT LOCOMOTIVE OPERATION CONTROL V.V.Makarov, M.V.Belkov
Irkutsk State University of Railway Engineering 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.
The authors proposed the locations for the optimal placement of backup locomotives, as well as the model of a decision support system under the control of the operation of backup freight locomotives of VL85 and VL80p series on the ground of Taishet - Petrovsky plant of the East Siberian Railway. To describe the model the authors used the principles and methods of the theory of automated regulation. 8 figures. 6 sources.
Key words: decision support system; freight locomotive operation; backup locomotive; placement of backup locomotives; theory of automated regulation; stability and quality of the system of automated regulation.
1Макаров Виктор Васильевич, кандидат технических наук, доцент, проректор по учебной работе, тел.: (3952)638306, e-mail: mvv@irgups.ru
Makarov Victor Vasiljevich, a candidate of technical sciences, an associate professor, a pro-rector on educational work, tel.: (3952) 638306, e-mail: mvv@irgups.ru
2Белков Максим Валерьевич, аспирант, тел.: (3952)721679, e-mail: bmv1982@mail.ru Belkov Maxim Valerjevich, a postgraduate student, tel.: (3952) 721679, e-mail: bmv1982@mail.ru
Автоматизация управления эксплуатационной работой локомотива имеет большое значение для повышения безопасности движения, облегчает работу персонала в вопросах поддержки принятия решений. Внедрение систем поддержки принятия решений при сбоях в эксплуатационной работе является важным и актуальным вопросом.
На участке Тайшет - Петровский завод среднемесячное количество отцепок и задержек поездов в 2006 году составило 752 случая [1]. Вопросы использования вспомогательного локомотива, ввиду отказов в эксплуатационной работе, не систематизированы и носят случайный характер. Это приводит к увеличению времени поиска вспомогательного локомотива, а соответственно росту простоя в ожидании вспомогательного локомотива. Потери времени негативно сказываются на поездной обстановке (задержки поездов на перегонах, отставание пассажирских от графика), происходит рост непроизводительных финансовых и экономических потерь. Рациональность размещения резервных локомотивов для замены сошедших с кольца и оказания помощи поездам отмечена в [2]. Для снижения простоя в ожидании вспомогательного локомотива необходимо систематизировать работу в этом направлении, внедрять элементы систем поддержки принятия решений.
Проведем статистический анализ задержек и отцепок от грузовых поездов на участке Тайшет - Петровский завод для определения перегонов с наибольшим количеством сбоев в работе. Таким образом, выбор расстановки вспомогательных локомотивов будем производить путем анализа статистических данных за прошедшее время.
Опыт показывает, что вспомогательный локомотив всегда находят на примыкающих к основным депо
станциях (отцепляя от местных поездов, готовых к работе на выходе основного депо и др.). Поэтому отказы, произошедшие на перегонах в пути следования, будем относить к близлежащим станциям основных депо.
Реформа ремонтного комплекса локомотивного хозяйства привела к образованию новых ремонтных локомотивных депо (ТЧР-2 ст.Нижнеудинск, ТЧР-3 ст.Зима, ТЧР-15 ст.Иркутск, ТЧР-17 ст.Улан-Удэ) и ремонтных участков на базе основных депо Тайшета, Слюдянки. Таким образом, сбои в эксплуатационной работе будем подвязывать к вышеуказанным станциям.
Рассмотрим работу грузовых локомотивов серии ВЛ80р и ВЛ85. Техническое обслуживание в объеме ТО-2 электровозов данной серии проводят ПТОЛ (пункты технического обслуживания локомотивов) сетевого значения станций Тайшет и Иркутск-сортировочный.
На рис. 1 и 2 представлены диаграммы распределения отказов по станциям электровозов серий ВЛ80р и ВЛ85 соответственно. Наименее благоприятная обстановка на станциях Нижнеудинск и Зима. Наибольшее влияние на работу электровозов оказывают несовершенные методы организации работы локомотивов грузового движения, включающие неправильное формирование поездов, локомотивов, подвязку электровозов под транзитные поезда с малым запасом времени до следующего ТО-2 и т.д. Обращает на себя внимание резкое ухудшение работы локомотивных бригад, возросло количество отцепок и задержек в результате неправильных действий, неумения сориентироваться в экстренных ситуациях, незнание схем электровозов, работы приборов безопасности.
Станции Тайшет и Иркутск, благодаря наличию ПТОЛ сетевого значения, являются наиболее стабильными в этом вопросе, хотя и здесь имеются слабые
л
со л
т I-О
Л &
О I-
о л
0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00
0,36
0,27
0,04
I-1
0,14
0,09 0,10
-
Н.Удинск Зима Иркутск
Станция отказа
Слюдя нка
У.Удэ
Рис. 1. Распределение отказов по станциям электровозов серии ВЛ80р
л со Л т I-О .0 I-
о о
I-
о л
0,40
0,35
о,за
0,25 0,20 0,15
а,ю о,оя и,ии
0,35
П ,?7
0.13
0,16
О,О 7
Та йшет Н .Удинск Зима Иркутск
Станция отказа
Слюдян к а
У.Удэ
Рис. 2. Распределение отказов по станциям электровозов серии ВЛ85
Тайшет
места в организации движения поездов и работе локомотивных бригад. Рациональной, на основе статистического расчета, можно считать расстановку вспомогательных локомотивов на станциях Нижнеудинск (ВЛ85), Зима (ВЛ80р), Слюдянка (ВЛ80р).
Целью создания модели является снижение эксплуатационных расходов, связанных с вызовом вспомогательного локомотива, за счет регламентированного применения вспомогательного локомотива с мест расстановки. Учет себестоимости данных работ позволит выявить реальный ущерб от простоя в ожидании вспомогательного локомотива, повысить качество его использования. Для создания многоконтурной модели системы поддержки принятия решений (СППР) в поездной работе будем использовать принципы и методы теории автоматического регулирования.
Системы авторегулирования (САР) строятся по следующему принципу: от задающего элемента G и чувствительного элемента (датчика обратной связи) Z сигналы поступают на элемент сравнения А. Результатом сравнения служит закон управления (система поддержки принятия решений) и формирования управляющих воздействий X. Исполнительный элемент реализует управляющее воздействие на систему путем определенных действий М, направленных на объект управления, в результате чего свершается событие Y, которое фиксируется датчиком обратной связи в виде сигнала Z. Рассмотрим элементы САР применительно к работе локомотива. Отсутствие сбоев в работе локомотива есть желаемый результат на выходе системы управления, в которой задействованы множество ее элементов (службы Д, П, Т, Э и т.д.).
Контур графика движения поездов
Контур выдачи локомотива
Техническое состояние локомотива и внешние условия
Рис. 3. Многоконтурная модель СППР при управлении поездной работой локомотивов грузового движения
q^ q2 qз
II I
Рис. 4. График движения поездов
Рис. 5. Контур управления выдачей локомотивов на станцию
На рис. 3 представлена функциональная схема СППР при управлении поездной работой локомотивов грузового движения с введением контура использования вспомогательного локомотива.
Приведем описание контуров многоконтурной модели СППР при управлении поездной работой локомотивов грузового движения.
1. Контур графика движения поездов представляет собой планируемый объем поездной работы на отчетное время. Функциональная схема графика движения
поездов представлена на рис. 4. При появлении ошибки А Ф 0 необходимо заново провести работу по стыковке перспективных перевозок с наличием локомотивов под поезда.
2. Контур выдачи локомотива представлен на рис. 5. Данный контур рассмотрен как исполнительный элемент ТЧД в [3].
3. Контур внешних факторов производит корректировку работы локомотива на основе полученных дан-
Рис. 6. Алгоритм процесса использования вспомогательного локомотива
ных о неблагоприятных условиях, влияющих на его эксплуатацию. Влияние условий эксплуатации и внешних факторов рассмотрено ранее в [4] и [5].
4. Контур вспомогательного локомотива. Проект внедрения автоматизированной системы управления локомотивным хозяйством (АСУТ) включает в себя управление ремонтом и сетевое планирование [3] с обязательным формированием истории ремонта локомотива. Повышение качества технического состояния локомотива подразумевает анализ его жизненного цикла. Для этого необходим сбор информации о выполняемой работе электровоза и сбоях (отказах) в эксплуатации.
При отказе электровоза в момент совершения работы первые десять минут локомотивная бригада определяется с причинами. Затем по радиосвязи с локомотивным диспетчером ищет пути устранения причины отказа. При отсутствии такой возможности локомотивный диспетчер начинает работу по поиску вспомогательного локомотива для освобождения перегона и восстановления размеров движения.
Для оптимизации процесса использования вспомогательного локомотива по времени и материальным ресурсам, необходимым для выполнения запланированного графика движения, представлен алгоритм процесса работы вспомогательного локомотива (рис. 6).
В случае обнаружения неисправности локомотива локомотивная бригада немедленно передает информацию о характере неисправности поездному диспетчеру. В свою очередь, поездной диспетчер вводит данные о характере неисправности. Система, на основании истории ремонта и статистических данных по конкретному характеру отказа, должна определить, необходимы ли материальные ресурсы для устранения неисправности, если нет, то замечание в работе устраняют на месте, если материальные ресурсы необходимы, то производят вызов вспомогательного локомотива и все связанные с ним манипуляции.
Благодаря рациональной расстановке вспомогательного локомотива и отлаженному механизму его работы время простоя в ожидании составляет менее часа.
Преобразование структурной схемы. В системах автоматического регулирования можно встретить различные соединения динамических звеньев, которым соответствуют определенные уравнения и структурные
W1 W2
схемы. Каждую структурную схему можно заменить эквивалентным звеном с передаточной функцией Жэ(р), т.е. одним звеном, которое по своим динамическим свойствам соответствует рассматриваемой схеме. Знак плюс в уравнениях относится к отрицательной обратной связи (усиление входного сигнала), а знак минус - к положительной.
Определение эквивалентной передаточной функции сложных линейных систем облегчается после предварительных преобразований структурной схемы. Правила таких преобразований приведены в [6]. На рис. 7 представлена структурная схема модели СППР при управлении поездной работой локомотивов грузового движения.
Путем простейших преобразований структурной схемы получаем эквивалентную схему, где
Жэ1 = Ж1х Ж 2; Жэ2 = Ж 3 х Ж 4 ;
Жэ3 = Ж5хЖ6хЖ7хЖ8хЖ9 ■
Жэ4 = ■
Жэ2
Жэ5 =■
Жэ3
Жэ6 = Жэ1х Жэ4 .
(1 + Жэ2) (1 + Жэ3)
Определим эквивалентную функцию всей замкнутой системы:
Ж3хЖ4
Ж1хЖ2>
Жэ = -
(1+Ж3 хЖ4)
1+Ж1хЖ2х
Ж3хЖ4
Ж5хЖ6хЖ7хЖ8хЖ9
(1+Ж3хЖ4) (1+Ж5хЖ6хЖ7хЖ8хЖ9)
Определим передаточную структурной схемы:
Жэ(р) = —
функцию эквивалентной
Купр
1+Тупрр
где Купр - коэффициент усиления передаточной функции; Тупр - постоянная времени.
Определение устойчивости САР. Рассматриваемая система автоматического регулирования представлена в виде комбинаций типовых динамических звеньев с передаточными функциями Щр). На рис. 8 представлена эквивалентная структурная схема, которая соответствует типовому динамическому звену разомкнутой САР из одного апериодического звена 1-го порядка. В разомкнутом состоянии САР всегда устойчива, так как Т>0 и полином знаменателя имеет один левый корень. Ее амплитудно-фазовая характеристика не ох-
W3 W4
У
Рис. 7. Структурная схема модели СППР при управлении поездной работой локомотивов грузового движения
ватывает точку с координатами (-1; ДО); система устойчива и в замкнутом состоянии.
X
Л . Wa6 y
Wa5
Рис. 8. Эквивалентная структурная схема модели СППР при управлении поездной работой локомотивов грузового движения
Синтез системы автоматического регулирования. Задача синтеза САР решается путем отыскания рациональной структуры системы и определения оптимальных значений параметров отдельных звеньев. Решая задачу синтеза, считаем, что определенная неизменная часть системы задана и требуется выбрать дополнительную часть системы, обеспечивающую выполнение необходимых требований к устойчивости и
качеству процессов регулирования. К неизменной части относятся основные функциональные элементы (управляющий, исполнительный, чувствительный), а также сам объект регулирования. Дополнительная часть системы состоит из типового корректирующего звена (параллельно-встречной схемы коррекции):
Wckp(p) =-^^-.
1 + W О(р)^ос(р)
Такая корректирующая передаточная функция не влияет существенно на устойчивость системы.
Предложенная многоконтурная модель СППР при управлении поездной работой локомотивов грузового движения является устойчивой и качественной системой автоматического регулирования, призвана снизить потери времени переходных процессов, которые существенным образом влияют на качество перевозок при возникновении нештатной ситуации.
Библиографический список
1. Макаров В.В., Белков М.В. Анализ надежности перевозочного процесса // Вестник ИрГТУ. 2008. №4. С. 84.
2. Белков М.В., Макаров В.В. Анализ работы грузовых электровозов на дорогах восточного региона // Труды 3-й международной научно-техн. конф., 5-8 июня 2007. Омск: Иртышский филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», 2007. 265 с.
3. Автоматизированная система управления локомотивным хозяйством. АСУТ / под ред. И.К.Лакина. М.: ОЦВ, 2002. 516 с.
4. Белков М.В. Влияние условий эксплуатации электровозов на их эксплуатационные показатели // Труды всероссийской научно-практ. конф. ученых транспорта, вузов, НИИ, инже-
нерных работников и представителей академической науки. Т. 1. 22-24 ноября 2006 г., Чита. Чита: ЗабИЖТ, 2006. Ч. 1. С. 218-221.
5. Белков М.В. Влияние условий эксплуатации электровозов на экономические показатели // Труды всероссийской научно-практ. конф. ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки. Т. 2. 2224 ноября 2006 г., Чита. Чита: ЗабИЖТ, 2006. Ч. 2. С.20-23.
6. Автоматизация электроподвижного состава: учебник для вузов ж.-д. трансп./ А.Н. Савоськин [и др.]; под. ред. А.Н. Са-воськина. М.: Транспорт, 1990. 311 с.
УДК 629.3.017
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АКТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СХОЖДЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ В ПРОЦЕССЕ ДВИЖЕНИЯ
В. И. Рассоха1
Оренбургский государственный университет, 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13.
Проанализирована роль схождения управляемых колес в повышении срока службы автомобильных шин; выявлены достоинства и недостатки пассивных и активных методов регулирования схождения. Приведены направления и результаты совершенствования систем активного регулирования схождения, разработанных с участием автора. Ил. 3. Библиогр. 25 назв.
Ключевые слова: автомобиль; схождение управляемых колес; контроль; регулирование; движение.
DESIGN OF THE ACTIVE CONTROL SYSTEM OF AUTOMOBILE STEERING WHEELS TOE- IN WHEN IN MOTION V.I.Rassoha
Orenburg State University, 13 Pobeda Av., Orenburg, 460018.
The author analysed the role of steering wheels toe-in when improving the service life of automobile tires. He identified advantages and disadvantages of passive and active methods of toe-in regulation. He presents directions and results to improve toe-in active regulation systems developed with the participation of the author. 3 figures. 25 sources.
Key words: automobile; steering wheels toe-in; control; regulation; motion.
1Рассоха Владимир Иванович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобилей и безопасности движения, тел.: (3532)754182, e-mail: cabin@house.osu.ru.
Rassoha Vladimir Ivanovich, a candidate of technical sciences, an associate professor, the head of the Chair of Automobiles and Traffic Safety, tel.: (3532) 754182, e-mail: cabin@house.osu.ru.
