CC BY
265
Проблематика транспортных систем
94
Заключение
Определенные значения температуры и давления при расчете значения поправки позволят уменьшить ее погрешность и, следовательно, увеличить точность измерения расстояния.
Библиографический список
1. Электронные тахеометры SOKKIA серия POWEPSET. Краткое руководство оператора.
2. Таблицы для определения поправочных коэффициентов, учитывающих атмосферные условия при работе со светодальномерами и тахеометрами (Приложение к инструкции по эксплуатации светодальномеров и тахеометров). - 42 с.
3. О комплексном подходе к решению рефракционной проблемы / О. В. Вшивкова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005. - № 4. - С. 41-46.
4. Учет влияния атмосферы на результаты угловых и линейных измерений, выполненных электронным тахеометром / О. В. Вшивкова // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2006. - № 5. - С. 22-35.
5. Учет влияния подстилающей поверхности вдоль измеряемой дистанции для целей повышения точности измерения расстояний электронным тахеометром / О. В. Вшивкова, С. Н. Круглов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка - 2007. - № 3 -С. 3-9.
Статья поступила в редакцию 03.12.2009;
представлена к публикации членом редколлегии В. В. Сапожниковым.
УДК 656.254.16
В. В. Шматченко, П. Н. Ерлыков, П. А. Плеханов
ТРЕБОВАНИЯ ПО НАДЁЖНОСТИ, ГОТОВНОСТИ И РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ ДЛЯ СЕТЕЙ GSM-R
Рассмотрены требования по надёжности, готовности и ремонтопригодности, регламентируемые стандартом EN 50126 для систем радиосвязи. При этом показатели надёжности, готовности и ремонтопригодности системы радиосвязи напрямую влияют на безопасность перевозочного процесса. Показана взаимосвязь этих требований с уровнем отказов системы, которые в свою очередь зависят от интенсивности использования системы.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
надёжность, готовность, ремонтопригодность, радиопокрытие, отказ, безопасность, производительность, техническое обслуживание.
Введение
Цель любой системы управления на железных дорогах заключается в обеспечении необходимой интенсивности перевозок в течение заданного времени и при условии выполнения требований по безопасности движения. Показатели RAMS системы, т. е. её надёжность, готовность, ремонтопригодность и безопасность (Reliability, Availability, Maintainability, Safety), определяют способность системы гарантировать достижение этой цели. В этом смысле комплекс показателей RAMS можно назвать гарантоспособностью системы.
Г арантоспособность системы управления железнодорожными
перевозками непосредственно влияет на качество перевозочных услуг, которые получает заказчик. Именно система управления гарантирует заданную степень своевременности и безопасности предоставляемых заказчику услуг при заданном уровне затрат с его стороны. На качество влияют также другие факторы, например доступность услуг, структура и содержание стоимости услуг, среда функционирования системы (окружающая среда, нормативная среда, экономическая среда и т. д.), эксплуатация и обслуживание системы (рис. 1).
Рис. 1. Основные составляющие качества железнодорожных услуг
1 Анализ основных факторов, определяющих показатели RAMS
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
96
Требования по надёжности, готовности и ремонтопригодности (RAMS - Reliability, Availability, Maintainability, Safety), предъявляемые к системе радиосвязи, в значительной степени зависят от интенсивности её использования. Эти требования подразделяются на два класса: эксплуатационные требования и требования по безопасности. Последние особенно важны для поездной и маневровой радиосвязи.
Для определения требований по надёжности, готовности и ремонтопригодности, предъявляемых к системе радиосвязи, необходимо получить количественную оценку воздействия отказов системы на перевозочный процесс. Например, потеря речевого соединения в радиоканале между машинистом движущегося локомотива и ДНЦ сама по себе не приводит к остановке поезда, но она повлияет на безопасность движения, поскольку отсутствие связи не позволит организовать необходимое взаимодействие между машинистом и диспетчером в случае аварии или другого события, следствием которого будет остановка поезда.
При использовании радиоканала для передачи команд автоматического управления движением поездов потеря соединения в некоторых случаях может привести к остановке поезда. Однако потеря соединения в канале радиосвязи не должна привести к снижению безопасности - это один из основных принципов проектирования систем управления движением поездов.
Воздействие отказа в системе связи зависит также от локализации и области действия отказа. Например, значимость потери радиопокрытия на малодеятельном вытяжном пути не сравнима со значимостью потери радиопокрытия на крупной узловой станции или на многокилометровом участке главного хода с большим числом скрещений.
Поэтому требования по готовности, предъявляемые к сети радиосвязи, должны учитывать не только запросы пользователей, т. е. трафик, порождаемый выполнением технологических процессов, но и топопривязку этих процессов на местности.
После того как будут определены последствия отказов или других опасных и нежелательных событий, которые возможны в сети радиосвязи, проектировщики могут установить обоснованные требования по готовности к сети.
Для этого принимается решение о том, какой уровень готовности должен иметь место при том или ином отказе в сети. Поскольку один и тот же отказ в зависимости от его локализации на железнодорожном полигоне может оказывать различное воздействие на перевозочный процесс и технологические процессы служб, для такого отказа могут быть различными и требования по готовности. Иначе говоря, вся система
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
радиосвязи не может быть охарактеризована одним и тем же численным значением готовности.
При задании уровня готовности системы необходимо также иметь в виду, что этот уровень может быть выражен либо для системы в целом, либо для отказов, которые в ней возможны, но влияние готовности на проект системы будет определяться также её размерами. Например, если две системы имеют одну и ту же готовность, но одна из них охватывает зоной радиопокрытия в два раза большую площадь и потому должна содержать в два раза больше компонентов, то для обеспечения целевых значений готовности надёжность этих компонентов должна быть выше по крайней мере в два раза.
Г отовность системы радиосвязи должна быть согласована с готовностью остальных частей железнодорожной инфраструктуры. Нет оснований проектировать и, соответственно, оплачивать систему радиосвязи, готовность которой на 3-4 порядка выше, чем готовность остальных частей железнодорожной системы.
Например, отказ поездной радиостанции с точки зрения машиниста не отличается от отказа всей сети радиосвязи. Если отказы поездных радиостанций являются одним из доминирующих видов отказов, то повышение надёжности сети GSM-R (Global System for Mobiles - Railway) на порядок величины никак не отразится на надёжности железной дороги в целом. Точно так же, если, например, устройства контроля свободности пути в системе управления движением поездов имеют низкую готовность, то низкой будет и готовность всей этой системы независимо от того, насколько высока готовность сети GSM-R.
Поэтому требования по готовности к системе связи должны учитывать размеры и конфигурацию сети и готовность остальной части железнодорожной инфраструктуры.
Кроме того, определённые части сети могут иметь повышенную готовность для обеспечения дополнительной гибкости по предоставлению услуг связи в этих областях. Повышенная готовность должна быть установлена для каждого вида отказов и, если это требуется, на достаточно высоком уровне (например, для отказов общесетевого значения), в этом случае повышенная готовность может стать требованием для всей системы связи.
В конечном счёте готовность системы тесно связана с её ремонтопригодностью, которая определяется принятой стратегией технического обслуживания, и с системой управления неисправностями, поскольку готовность непосредственно зависит от скорости, с которой отказ обнаруживается, идентифицируется и восстанавливается
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
98
функциональность. Эти аспекты должны быть досконально рассмотрены железной дорогой при определении параметров производительности системы связи.
2 Методология разработки требований
Методология выработки требований по готовности к сети радиосвязи зависит от состава и трафика услуг передачи речи и передачи данных, необходимых железнодорожным пользователям, и предусматривает выполнение следующих действий:
определение технологических процессов, при выполнении которых будет использоваться радиосвязь сети GSM-R;
выявление возможных отказов в сети GSM-R;
выявление отказов и других нежелательных событий в технологических процессах, которые являются следствием отказов в сети GSM-R;
определение требований по эффективности и безопасности технологических процессов на основе анализа возможных в них опасных и нежелательных событий;
определение последствий опасных и нежелательных событий, которые возможны при отказах оборудования сетей GSM-R;
определение уровня тяжести последствий, которые можно считать допустимыми, и использование этого уровня в качестве основы при формировании требований по готовности к сети GSM-R.
После определения требований можно провести оценку «стоимость -эффективность» путём сравнения различных вариантов структурной компоновки сети и рассмотрения мер, необходимых для увеличения гибкости системы связи как основы обеспечения требуемого уровня производительности. Стоимость любого предлагаемого решения должна быть сопоставлена с выигрышем, полученным за счёт повышения гибкости системы при использовании этого решения.
С учетом реализации вышеперечисленных требований жизненный цикл системы связи можно рассматривать как алгоритм (рис. 2).
При определении требований по надёжности, готовности и ремонтопригодности железной дороге необходимо учитывать, что для некоторых отказов системы связи может возникнуть необходимость определения требований по готовности не только для системы в целом, но и для отдельных её компонентов. Следует также иметь в виду, что для различных сетей GSM-R требования могут изменяться.
Необходимо учитывать, что для формирования окончательных параметров производительности системы связи должна быть рассмотрена стационарная часть системы связи, при этом может быть использована
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
аналогичная методология. Полученные результаты должны быть согласованы с параметрами мобильной части системы для выработки оптимизированного решения.
3 Требования по надёжности и готовности
Железнодорожных пользователей интересуют прежде всего параметры производительности системы радиосвязи при выполнении функций передачи речи и данных. Для определения требований по производительности сети радиосвязи (как собственной железнодорожной сети, так и сети коммерческого оператора) необходимо принять во внимание следующие аспекты готовности.
Проблематика транспортных систем
100
Рис. 2. Жизненный цикл системы связи
В сетях радиосвязи могут иметь место различные отказы с широким спектром воздействия на перевозочный процесс - от безопасной деградации перевозочных услуг до полной остановки процесса.
Один и тот же отказ может иметь различные последствия, что зависит, в частности, от вида отказа, вида используемых услуг связи и от местоположения поезда.
Г отовность системы определяется потенциальным трафиком вызовов, составом каналообразующего оборудования и избыточностью резервирующих друг друга компонентов.
Готовность системы радиосвязи должна соответствовать готовности остальных частей железнодорожной инфраструктуры.
Руководство железной дороги, установившее у себя систему радиосвязи стандарта GSM-R, должно задать требования по надёжности и готовности для этой системы в соответствии со спецификой движения по своему железнодорожному полигону.
Требования по надёжности обычно выражаются средним временем между отказами MTBF (Mean Time Between Failures) для данного компонента оборудования, т. е. средним временем безотказного функционирования этого компонента.
Требования по готовности обычно определяются средним временем между отказами MTBF и средним временем восстановления MTTR (Mean Time To Repair) для данного компонента системы. Измеряется готовность временем штатного функционирования компонента, отнесённым к общему времени его эксплуатации.
4 Требования по радиопокрытию
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
Требования по радиопокрытию являются основой проекта сети радиосвязи. Для железных дорог это тем более важно в силу высоких требований по эффективности и безопасности перевозочного процесса.
Каждая дорога может сама определить свои требования по уровням радиопокрытия исходя из назначения сети радиосвязи. Однако в спецификациях системных требований проекта EIRENE (European Integrated Railway Enhanced Network) содержатся базовые требования, выполнение которых должно быть обеспечено при выборе уровней радиопокрытия. Эти базовые требования заключаются в следующем.
В зоне радиопокрытия должно быть обеспечено достижение следующих минимальных значений:
на 95% зоны радиопокрытия должен быть обеспечен уровень сигнала
38.5 дБ мкВ/м (-98 дБм) при передаче речи и данных, не связанных с безопасностью;
на 95% зоны радиопокрытия должен быть обеспечен уровень сигнала
41.5 дБ мкВ/м (-95 дБм) для линий ETCS (European Train Control System) уровней 2 и 3 при скоростях движения не выше 220 км/ч.
Примечание 1. Заданная вероятность радиопокрытия понимается в том смысле, что в каждом отрезке длиной 100 метров с вероятностью не ниже 95% уровень сигнала будет равен или больше указанных выше значений. При этом предполагается, что потери между антенной и приёмником не будут превышать 3 дБ и потери от действия любых других факторов, например старения, тоже не будут превышать 3 дБ.
Примечание 2. Заданные выше уровни сигнала и значения скоростей для линий ETCS уровней 2 и 3 будут уточняться и при необходимости пересматриваться после ввода этих линий в эксплуатацию.
С целью лучшего понимания значимости этих требований необходимо учитывать, что в силу различных причин уровень сигнала в каждой заданной точке сети будет меняться, как функция времени. Это обстоятельство, а также готовность сети должны учитываться при любых расчётах уровней радиопокрытия.
Вообще говоря, недостаточно обеспечить выполнение представленных выше требований. Железная дорога обязана также гарантировать, что должная степень радиопокрытия поддерживается всегда, когда это необходимо. Для этого требуется применение мер по оценке производительности и определение соответствующей стратегии мониторинга. Это особенно важно при использовании услуг связи, предоставляемых коммерческими операторами, и составляет существенную часть Соглашения об уровне сервиса (т. е. соглашения, по которому поставщик услуг гарантирует определённую функциональную
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
102
полноту услуг системы связи, уровень работоспособности системы, сохранность данных и систематическое резервное копирование).
5 Требования по контролю производительности
В случае применения железной дорогой собственных сетей GSM-R, так же как в случае использования услуг сети коммерческого оператора GSM, должны быть определены требования по надёжности, готовности и ремонтопригодности и, соответственно, связанный с ними уровень сервиса (в случае использования услуг коммерческого оператора эти вопросы должны быть рассмотрены и изложены в Соглашении об уровне сервиса между оператором сети GSM и железной дорогой). С целью обеспечения установленных полноты и качества услуг системы связи необходимо предусмотреть методы постоянного мониторинга следующих числовых показателей, характеризующих производительность сети связи: время установления соединения; надёжность радиопокрытия и уровень сигнала; время передачи соединения;
количество разрывов соединения при его передаче; интенсивность ошибочных битов;
задержки при передаче данных конечному пользователю; количество прерванных вызовов.
Железная дорога должна рассмотреть все вопросы, связанные с мониторингом указанных показателей, и методы проведения этого мониторинга. При использовании услуг коммерческих операторов все эти вопросы должны быть обсуждены с оператором и отражены в Соглашении
06 уровне сервиса между дорогой и оператором.
6 Требования по техническому обслуживанию
Ремонтопригодность объекта, системы или сервиса является мерой их способности к восстановлению при неисправности. Она является также мерой их пригодности к проведению штатного технического обслуживания и профилактического ремонта, целью которых является повышение надёжности объекта, системы или сервиса. Таким образом, ремонтопригодность является важной проектной характеристикой и должна рассматриваться на уровне функциональных требований к системе или её компоненту.
Пригодность объекта, системы или сервиса к ремонту обычно выражается средним временем восстановления (MTTR: Mean Time To Repair), хотя аббревиатура MTTR рассматривается и в другом контексте -как среднее время замены (MTTR: Mean Time To Replace). Такая подмена
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
понятий всё чаще встречается применительно к современным системам связи, к которым относятся, в частности, системы TETRA (Terrestrial Trunked Radio), GSM и GSM-R, в которых ремонт отказавшего блока или подсистемы сводится к их замене.
Определение среднего времени восстановления (MTTR) включает не только время, в течение которого объект, система или сервис могут быть восстановлены, но и время, затрачиваемое на обнаружение и идентификацию неисправности, время оповещения о неисправности соответствующих работников и время прибытия их на место. Таким образом, при оценке ремонтопригодности рассматриваются аспекты, связанные с обнаружением неисправности, её идентификацией, оповещением о необходимости проведения ремонтных работ и их проведением.
Понятие ремонтопригодности связанно также с работами по штатному и профилактическому обслуживанию, особенно со способностью объекта, системы или сервиса сохранять полную функциональность при проведении технического обслуживания.
Ремонтопригодность систем связи не регламентируется требованиями проекта EIRENE. Эти требования определяются главным образом спецификой эксплуатационной работы и перевозочного бизнеса, и ответственность за их разработку возлагается на железные дороги.
Некоторые вопросы технического обслуживания включаются в состав документов, которыми оформляется приглашение к тендеру на поставку системы связи. Поэтому при подготовке к тендеру железная дорога должна разработать следующие требования и положения, связанные с техническим обслуживанием:
функциональные требования по управлению неисправностями;
определение стратегии технического обслуживания, которая должна рассматривать вопросы и профилактического, и корректирующего обслуживания;
требования по полномочиям, ответственности и подотчётности (т. е. по направлениям и содержанию информации, предоставляемой смежникам как внутри организации, так и вне её ).
Управление неисправностями представляет собой комплекс функций, которыми реализуется деятельность на этапах обнаружения, идентификации, локализации и, если это возможно, изоляции и корректировки неисправностей в системе связи. Согласно рекомендациям ITU-T M.20 (ITU-T Recommendation M.20), управление неисправностями на этих этапах должно включать действия, представленные ниже.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
104
1. Поиск неисправностей. Этот поиск осуществляется на основе мониторинга качества услуг, предоставляемых системой радиосвязи посредством своих сетевых компонентов. Если при измерении какого-либо показателя выявляется деградация качества услуг или снижение производительности оборудования, то система мониторинга информирует об этом администратора системы или запускает (если это возможно) специальные функции упреждающего реагирования, с помощью которых осуществляется коррекция неисправности или минимизация её последствий.
2. Локализация неисправности. Эти действия должны предприниматься, если полученная от системы информация недостаточна для локализации неисправности и необходимо дополнить её с помощью специальных процедур локализации неисправности. Эти процедуры могут использовать методики тестирования, интегрированные в систему связи или внешние по отношению к ней. Вообще говоря, они должны быть подконтрольны верхнему уровню руководства системой связи.
3. Восстановление неисправного компонента. Корректировка неисправности, как правило, сводится к замене неисправного устройства, в крайнем случае - к его ремонту. В течение одного выезда с целью технического обслуживания может быть выполнена, как правило, коррекция более чем одной неисправности. Поэтому желательно, чтобы коррекция неисправности сопровождалась достижением и других целей технического обслуживания. Такой подход, основанный на принципе минимизации логистических задержек, должен иметь принципиальную значимость при построении системы технического обслуживания.
4. Испытание заменённого или восстановленного компонента. После корректировки неисправности необходимо удостовериться, что восстановленное оборудование работает должным образом. С этой целью проводится диагностическое тестирование - местное или удалённое. Используются два основных метода:
анализ результатов испытаний выполняется соответствующими техническими средствами, и отчёт передаётся лицам, принимающим решения;
анализ сразу выполняется лицами, принимающими решения.
5. Протоколирование неисправности. Это ведение записей, детально описывающих текущее состояние неисправности, дополнительно полученную информацию, действия, которые были выполнены, действия, которые выполняются и планируются к выполнению, оценка эффективности действий с точки зрения коррекции неисправности.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
Аккуратное ведение таких записей позволяет оптимальным образом организовать деятельность по техническому обслуживанию.
Для этого управление неисправностями должно предусматривать использование следующих функций:
создание, поддержка и проверка журнала неисправностей; получение уведомлений (докладов) о неисправностях и инициирование деятельности по их идентификации; идентификация причин неисправностей; выполнение процедур диагностического тестирования; корректировка неисправностей.
Стратегия технического обслуживания должна выстраиваться исходя из состава функций, необходимых для управления неисправностями. В стратегии должны быть рассмотрены следующие вопросы:
деятельность по профилактическому и корректирующему обслуживанию;
поддержка технического обслуживания (договорные вопросы, связанные с техническим обслуживанием);
хранение запасных частей, сроки опережения подачи заявок на запасные части и т. д.;
характеристики цепи поставок, включая задержки по выполнению заявок и доступность центров снабжения; требуемые ресурсы.
При составлении стратегии технического обслуживания железная дорога должна принимать во внимание требования по производительности и готовности, предъявляемые к системе, поскольку они являются основой при рассмотрении большинства вопросов.
В конечном счёте техническое обслуживание должно гарантировать, что информация о неисправностях доводится до всех, кого это касается, без задержек и без потерь информации. Особое внимание следует обращать на способы получения информации о неисправностях от конечных пользователей и на то, как эта информация доводится до групп технического обслуживания сети (дорожных групп или групп коммерческого оператора сотовой радиосвязи, если дорога пользуется его услугами). Оптимизация этих информационных потоков приведёт к снижению дублирования документов и потребности в ресурсах и в конечном счёте - к более эффективному управлению неисправностями. При этом необходимо также предусмотреть обратную связь для обеспечения подконтрольности восстановительных работ.
Эффективное профилактическое и корректирующее обслуживание является ключевым фактором успешной эксплуатации сетей GSM-R. Для
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
106
этого железной дорогой должны быть детально проработаны все вопросы обучения и практической подготовки обслуживающего персонала.
Заключение
Цель любой системы железнодорожного управления заключается в обеспечении необходимой интенсивности перевозок в течение заданного времени и при условии выполнения требований по безопасности движения. Показатели RAMS системы, т. е. её надёжность, готовность, ремонтопригодность и безопасность, описывают способность системы гарантировать достижение этой цели. В этом смысле комплекс показателей RAMS можно назвать гарантоспособностью системы. Г арантоспособность системы управления железнодорожными перевозками непосредственно влияет на качество перевозочных услуг, которые получает заказчик. Именно система управления гарантирует заданную степень своевременности и безопасности предоставляемых заказчику услуг при заданном уровне затрат с его стороны.
Обеспечение надёжности, а следовательно безопасности, готовности и гарантоспособности системы, осуществляется на основе постоянного контроля действующих на надёжность факторов в течение всего жизненного цикла системы. Для этого необходимо предусмотреть использование таких мер (т. е. средств и правил), которые обнаруживают источники этих факторов и предотвращают их появление при создании системы, при её эксплуатации и обслуживании.
Поэтому заказчик (в нашем случае - железная дорога) при приобретении оборудования цифровой радиосвязи должна предъявлять к нему не только функциональные требования, но и требования RAMS.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
Проблематика транспортных систем
Библиографический список
1. Стандарт EN50126 Railway Applications The Specification and Demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS). Железнодорожные приложения. Требования по надёжности, готовности, ремонтопригодности и безопасности и приёмка изделий на соответствие этим требованиям. - М., 2000. - 62 с.
2. Стандарт UIC (Union Internationale des Chemis de Fer) Project EIRENE (European Integrated Railway Enhanced Network) System Requirements Specification, 2007. - 136 с.
3. Стандарт ITU-T M.20 (ITU-T Recommendation M. 20), 2002. - 20 с.
Статья поступила в редакцию 10.12.2009;
представлена к публикации членом редколлегии А. Е. Красковским.
ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС
2010/1
