CC BY
512
Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334 (Онлайн)
Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive18/18-01/ Дата публикации: 1.03.2018 № 1 (31). С. 208-213.
удк 625.1 В. И. УмАнский, А. А. Павловский, Ю. В. Д зюба
Цифровая Железная Дорога. Технологическим уровень
Статья исследует проект цифровой железной дороги, разрабатываемый в холдинге ОАО РЖД. Предложено авторское понятие содержания цифровой железной дороги. Раскрывается связь цифровой железной дороги с цифровой экономикой. Сформулированы основные концепции проекта. Раскрыты основные цели проекта цифровая железная дорога. Раскрывается содержание основных технологических решений проекта цифровая железная дорога.
Ключевые слова: транспорт, цифровые методы, цифровая железная дорога, управление, цифровая экономика
Perspectives of Science & Education. 2018. 1 (31)
International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334 (Online)
Available: psejournal.wordpress.com/archive18/18-01/ Accepted: 18 January 2018 Published: 1 March 2018 No. 1 (31). pp. 208-213.
V. i. umanskii, A. A. pavlovskii, Yu. V. Dzyuba
Digital Railroad. Technological level
The article examines the project of digital railroad, developed in the holding company JSC Russian Railways. The article gives the author's concept of the digital railway. The article reveals the connection of the digital railway the digital economy. The article introduces the main concepts of the project. The article reveals the main goal of the project digital railroad. The article reveals the content of the main technological solutions of the project of the digital railway.
Keywords: transport, digital techniques, digital railway management digital economy
Введение
роект «Цифровая железная дорога» (ЦЖД) является синтезом информационных, интеллектуальных, коммуникационных и управленческих технологий. Кроме того появление технологии интернет вещей и цифровой экономики также повлияло на создание проекта ЦЖД. Термин «цифровая экономика» введен в книге Дона Тапскотта [1] «Цифровая экономика: обещание и опасность в эпоху сетевой разведки». Цифровая экономика была одной из первых книг, которые рассматривали вопрос о том, как Интернет изменит способ ведения бизнеса. Выделяют следующие направления цифровой экономики [2]: инфраструктура электронного бизнеса, информационные сети, интеллектуальные ресурсы (человеческий капитал); электронный бизнес, технология интернет вещей [3]; цифровое моделирование [4]. Все компоненты циф-
ровой экономики входят в проект «Цифровая железная дорога». Кроме этих компонент проект ЦЖД связан с интеллектуальными транспортными системами [5], кибер-физическими системами [6], семиотическим и ситуационным управлением [7], системной инженерией [8] и сложными техническими системами [9]. Сегодня цифровую экономику оценивают в три триллиона долларов. Вся эта стоимость была сформирована за последние двадцать лет с момента запуска Интернета [9]. Признано, что рост цифровой экономики широко распространился на всю экономику, включая и экономику железнодорожного транспорта. Цифровая экономика напрямую и цифровая железная дорога частично косвенно связаны со следующими направлениями: национальные широкополосные сети; электронный бизнес; электронная коммерция; информационная экономика; информационное общество; экономика знаний; управление знаниями; рынком знаний; сетевая экономика; виртуальная
экономика; экономика оцифровки (digitization economics). Последнюю называют также экономикой цифровизации. Поэтому исследование и развитие проекта цифровая железная дорога является актуальным направлением.
_Основы проекта ЦЖД
Цифровая железная дорога в широком смысле - совокупность бизнес-моделей, продуктов, услуг и средств их автоматизации, объединенных едиными принципами сквозной цифровизации всех активов и процессов Холдинга РЖД, и их интеграция в цифровую экономику России и мировую экосистему перевозок.
В технологическом смысле Цифровую железную дорогу можно определить как совокупность цифровых методов описания инфраструктуры, подвижного состава, перевозочного процесса и базирующихся на них технологий управления движением, обеспечения безопасности и содержания инфраструктуры, которые ориентированы на достижение принципиально новых автоматизированных методов планирования, взаимодействия с клиентами, диспетчерского управления движением, ресурсами и обслуживания пассажиров. Таким образом, Цифровая железная дорога должна охватывать все аспекты деятельности Холдинга РЖД. Ниже мы рассмотрим цели и задачи, которые должен решать Цифровая железная дорога в части основных технологических процессов.
Основной целью Цифровой железной дороги в части реализации технологических процессов является новый уровень взаимоотношений с клиентами на фоне снижения эксплуатационных затрат, повышения производительности и безопасности движения за счет комплексной автоматизации планирования и управления и снижения влияния человеческого фактора. Достижение указанных целей существенным образом должно обеспечить гибкость и эффективность исполнения бизнес-процессов Холдинга РЖД, что в свою очередь даст возможность повышения уровня клиентоо-ринтированности всего бизнеса.
Упрощенно основной технологический процесс перевозки состоит из следующих направлений:
1. Управление инфраструктурой;
2. Процессы управления станционной работой;
2.1 Управление грузовой работой;
2.2 Управление сортировкой;
3. Управление перевозкой;
3.1 Управление движением;
3.2 Управление тягой;
3.3 Управление подвижным составом;
4. Процессы взаимодействия с клиентом.
Для каждого из перечисленных направлений
могут быть сформулированы ключевые технологические перспективы, достижимые в контексте развития цифровых технологий.
Решение технологических задач
Основные технологические задачи, реализуемые проектом ЦЖД отмечены выше. Рассмотрим их более подробно.
Управление инфраструктурой. Целевым результатам в рамках построения цифровой железной дороги в части управления инфраструктурой может быть переход к содержанию по фактическому состоянию, полная автоматизация диагностики и выполнения ремонтов, совершенствование процессов проектирования, нового строительства и реконструкции, а также управления эксплуатацией объектов инфраструктурного комплекса на основе перехода на использование технологий информационного моделирования (В1М-технологий) с целью снижения затрат на всех этапах жизненного цикла.
Достижение указанного целеполагания в сфере управления инфраструктурой обеспечивается путем создания цифровой технологической платформы, ключевыми элементами которой являются: координатная система, обеспечивающая формирование единого координатно-временно-го пространства железнодорожного транспорта, и цифровые модели пути (ЦМП), реализуемые на основе информационных ресурсов комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ).
Построение цифровых моделей пути является ключевым элементом автоматизации всех технологических процессов железнодорожных перевозок и управления инфраструктурным комплексом, а также средством обеспечения интероперабельности взаимодействующих в структуре технологической платформы систем и технологий.
Формирование цифровой технологической модели инфраструктурного комплекса реализуется через:
- Развитие автоматизированных методов диагностики состояния пути и технических средств, в том числе и с применением технологий промышленного Интернета вещей (1оТ) и BigData, направленных на реализацию малолюдных методов обслуживания инфраструктуры и перехода к оптимизации ремонтов по фактическому состоянию и минимизации рисков на базе методологии УРРАН;
- Полное покрытие сети железных дорог высокоточной координатной системой, базирующейся на использовании инновационных спутниковых технологий высокоточного позиционирования с использование ГЛОНАСС и наземных опорных геодезических сетей с соблюдением требований актуализации и мониторинга целостности;
- Переход к массовому использованию ЦМП в виде многослойной объектной модели описания в цифровой форме параметров устройства пути
в плане и в профиле, их характеристик и иных атрибутивных значений, а также объектов других подсистем инфраструктуры железнодорожного транспорта с привязкой к единой высокоточной системе координат в различных технологических приложениях;
- Повсеместный переход на работу с единой службой времени, обеспечиваемой синхронизацией с высокоточными средствами временного обеспечения, реализуемыми на базе ГЛОНАСС;
- Автоматизация процессов ремонта и обслуживания инфраструктуры на основе высокоточ-
Еяиноевремя
■' Автоматизация процессов управления
Интернет Облзчные вычисления
Мобильные устройства и спутниковые тех незло гии Интернет вещей
ных координатных методов с обеспечением содержания пути в проектном положении с целью увеличения межремонтных сроков, повышения скоростей движения, снижения темпов расстройств пути, снижения затрат на тягу поездов, комфортабельности поездки для пассажиров;
- Развитие внутрихозяйственных систем управления имуществом, материально - техническими ресурсами, финансовой деятельностью на базе единого цифрового описания инфраструктуры, повышения производительности труда и качества управления.
РХ0 *
Автоматическое обслуживание
инфраструктуры Щ}
Комплексное ресурсное ^ ^ Ш Искусственный интеллект планирование ^ / (неограниченный)
Большие данные Глубинное обучение' Искусственный интеллект (ограниченный! Нанотехнологии ЗР печать Дроны Робототехника
Альтернативная энергетика
Машинное обучение"^Цифровая инфраструктура Block Chain Искусственный интеллект (общий) Дополненная реальность
дополненной реальности
У
Контроль и оповещение ^ у персонала^^^
И нтелл ектуал ьная защита от кибератак
Безотходное производство
Безлюдные технологии
Умные электросети
Логический интеллект
управление таксономией предприятии и онтологиеи
Рис. 1 Перспективы использования передовых технологий в хозяйстве инфраструктуры
Управление станциями. От качества реализации технологических операций на станциях зависят как конечное время доставки грузов так и пропускная способность сети в целом.
Целевым результатам в части управления станциями должны являться полностью автоматическое управление станциями на основе интеллектуальных систем управления, осуществляющих работу с использованием актуальной информации о текущей обстановке, данных, предсказывающих поведение клиентов и состояние железнодорожной сети, которые могут быть полученных по результату анализа больших данных и использующих результаты моделирования. При этом необходимо:
- Комплексное обеспечение безопасности технологических операций за счет оптимизации, использования мобильных средств, средств контроля за перемещением и оповещения персонала;
- Полностью автоматическое осуществление маневровой работы;
- Полностью автоматическое осуществление сортировки;
- Безбумажное взаимодействие;
- Комплексное автоматическое планирование ресурсов.
Управление движением. Управление движением является самой сложной задачей управления на железнодорожном транспорте. Комплексная система управления движением должна функционировать в реальном режиме времени, обладать актуальной и достоверной информацией о всех участниках движения и состоянии инфраструктуры, учитывать наличие ресурсов и внешние факторы. Решить такую задачу возможно исключительно на базе построения комплексной интеллектуальной системы управления.
Ключевыми результатами в части управления движением является:
- полностью автоматическое планирование движение и построение текущих и прогнозных графиков движения для всей сети;
- полностью автоматическое управление средствами СЖАТ на базе современных микропроцессорных систем;
- внедрение систем безсфетофорного управления движением (интервального регулирования).
Управление тягой. Управление тяговым и самоходным подвижным составом является ключевым аспектом обеспечения эффективности и безопасности осуществления перевозок. Для
1 Автоматизация процессов
Интернет| Облачные вычисления
Мобильные устройства и спутниковые технологии Интернет вещей
Большие данные Глубинное обучение Искусственный интеллект (ограниченный!
Нанотехнол о гни 30 печать Дроны Робототехника
*
У
Полная автоматизация работы _^
станции »
Г
^^ Логический интеллект
' и-- Г1' к ,.11 ьная за иц1та от к ибератак Безотходное производстве Беэлкдные геэснолйгаи Умные электросети
Искусственный интеллект (нео граничен н ый)
управление таксономией предприятии и онталогиеи
Альтернатив нля энергетика Машинное обучений
Block Chain
Дополненная реальность
Цифровая инфраструктура Искусственный интеллект (общий)
Рис. 2 Перспективы использования передовых технологий в управлении станциями
этих целей необходимо достигнуть следующих результатов:
- полностью унифицированные и сертифицированные системы бортового оборудования, построенные на модульном принципе;
- полностью унифицированный и сертифицированный канал связи с бортовым оборудованием;
- комплексные системы мониторинга состояния локомотива в реальном режиме времени;
- системы обслуживания тяговых единиц по состоянию на основе данных мониторинга и предсказательной диагностики;
- системы автоматического ведения с возможностью удаленного контроля и управления;
- комплексные системы оптимизации энергопотребления с использованием возможности од-
новременного автоматического управления всеми находящимися в движениями локомотивами.
Управление вагонами. Контроль состояния вагонов и управление их использованием так же напрямую влияют на параметры безопасности перевозочного процесса. В части управления вагонами необходимо достигнуть следующих результатов:
- бортовые система контроля состояния вагона в движении с передачей информации машинисту или (в целевом состоянии) системе автоведения;
- напольные системы контроля эксплуатационных параметров вагонов в движении (измерение температур букс, анализ состояния колесных пар на основе акустического контроля, контроль геометрии и т.д.).
p/fl
Интернет Облачные вычисления
Мобильные устройства и спутниковые технологии Интернет вещей Большие данные
Глубинное обучение Искусственный интеллект (ограниченный) Нанотекнологии ЗР печать Дроны Робототехника
Логический интеллект
Искусственный интеллект (неограниченный)
управление таксономией предприятии и онтологиеи
Автоматическое ж управление движением ЩГ
Скоростные ^
грузовые перевозки
Интеллектуальный^^ ^ ~ Интеллектуальная защита от кибератак
Безотходное производство Безлюдные технологии Умные электросети
Альтернативная | энергетика
Машинное обучение"^ Цифровая инфраструктура
Block Chain Искусственный интеллект (общий) Дополненная реальность
Рис. 3 Перспективы использования передовых технологий в управлении движением, тягой и вагонами
Процессы взаимодействия с клиентами. Холдинг РЖД осуществляет свою деятельность для обеспечения потребности своих клиентов в пассажирских и грузовых перевозках. При этом ключевыми для клиента по мимо традиционных параметров предоставления услуг (таких как -цена, качество, доступность) является возможность гибкой адаптации услуг под его нужды, персонализация услуг и интеграция услуг в его производственные или бытовые процессы. Ключевыми результатами в части взаимодействия с клиентами являются:
- системы планирования предоставления услуг и планирования перевозок на базе анализа поведения клиентов с использованием больших данных;
- гибкие системы коммуникации с клиентами на основе их специфики и предпочтений;
- комплексные программы реализации логистических цепочек.
Заключение
Проект цифровая железная дорога можно рассматривать ее как сложную организационно техническую систему [11]. В экономическом аспекте ЦЖД является комплексной инновацией [12] и открытой инновацией [13]. В европейских странах создание цифровой железной дороги основано на ряде стандартов ERTMS / ETCS, ATO (автоматическое управление поездом), TMS (системы управления трафиком), C-DAS (Connected Driver Advisory Systems) и стандартах телекоммуникации. Поэтому в России технологическое решение проекта должно также опираться на существующие стандарты. Концепция построения ЦЖД основана на интеграции цифровых и коммуникационных технологий и систем. Особенность создания данного комплексного проекта в том, что в отличие от многих технических проектов, этот проект из технической плоскости переходит в плоскость цифровой экономики. Критерии эффективности такого проекта определяются в экономической и социальной области.
ЛИТЕРАТУРА
1. Tapscott, Don (1997). The digital economy: promise and peril in the age of networked intelligence. New York: McGraw-Hill.
2. Mesenbourg, T.L. (2001). Measuring the Digital Economy. U.S. Bureau of the Census.
3. Дешко И.П., Кряженков К.Г., Цветков В.Я. Устройства, модели и архитектуры Интернета вещей: Учебное пособие. М.: МАКС Пресс, 2017. 88 с.
4. Замышляев А.М. Эволюция цифрового моделирования // Наука и технологии железных дорог. 2017. 1(1). C. 82-91.
5. Цветков В.Я., Розенберг И.Н. Интеллектуальные транспортные системы / LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 297 с.
6. Liu X., He W., Zheng L. Transportation Cyber-Physical Systems: Reliability Modeling and Analysis Framework //National Workshop for Research on High-Confidence Transportation Cyber-Physical Systems: Automotive, Aviation and Rail. November. pр. 18-28.
7. Коваленков Н.И. Ситуационное управление в сфере железнодорожного транспорта // Государственный советник. 2015. № 2. C. 42-46.
8. Аркадов Г. В., Батоврин В. К., Сигов А. С. Системная инженерия, как важнейший элемент современного инженерного образования // Инженерное образование. 2012. №. 9. С. 12-25.
9. Цветков В.Я. Сложные технические системы // Образовательные ресурсы и технологии. 2017. 3 (20). С. 86-92.
10. The New Digital Economy - How it will transform business, Oxford Economics.
11. Корнаков А.Н. Модель сложной организационно-технической системы // Перспективы науки и образования. 2015. № 2. С.44-50.
12. Розенберг И.Н., Соловьев И.В., Цветков В.Я. Комплексные инновации в управлении сложными организационно-техническими системами / под ред. В.И. Якунина. М.: Феория, 2010. 248 с.
13. Дзюба Ю.Г. Открытые инновации на железнодорожном транспорте // Наука и технологии железных дорог. 2017. № 3. С. 72-85.
REFERENCES
1. Tapscott, Don (1997). The digital economy: promise and peril in the age of networked intelligence. New York: McGraw-Hill.
2. Mesenbourg, T.L. (2001). Measuring the Digital Economy. U.S. Bureau of the Census.
3. Deshko I.P., Kryazhenkov K.G., Tsvetkov V.Ya. Devices, models and architectures of the Internet of things: Textbook. Moscow: MAKS Press Publ., 2017. 88 p. (in Russian)
4. Zamyshlyaev A.M. Evolution of digital modeling. Science and technology of railways. 2017. 1 (1). pp. 82-91. (in Russian)
5. Tsvetkov V.Ya., Rozenberg I.N. Intelligent Transport Systems / LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 297 p. (in Russian)
6. Liu X., He W., Zheng L. Transportation Cyber-Physical Systems: Reliability Modeling and Analysis Framework // National Workshop for Research on High-Confidence Transportation Cyber-Physical Systems: Automotive, Aviation and Rail. November. p. 18-28.
7. Kovalenkov N.I. Situational management in the sphere of railway transport. State counsellor. 2015. no. 2. pp. 42-46. (in Russian)
8. Arkadov G.V., Batovrin V.K, Sigov A.S. System engineering as the most important element of modern engineering education. Engineering education. 2012. no. 9. pp. 12-25. (in Russian)
9. Tsvetkov V.Ya. Complex technical systems. Educational resources and technologies. 2017. 3 (20). Pp. 86-92. (in Russian)
10. The New Digital Economy - How it will transform business, Oxford Economics.
11. Kornakov A.N. Model of a complex organizational and technical system. Perspectives of science and education. 2015. no. 2. pp. 44-50.
fe. Rozenberg I.N., Soloviev I.V., Tsvetkov V.Ya. Complex innovations in the management of complex organizational and technical
systems / Ed. V.I.Yakunin. Moscow, Theory, 2010. 248 p. -13. Dzyuba Yu.G. Open innovation in rail transport. Science and technology of railways. 2017. no. 3. pp. 72-85. (in Russian)
Информация об авторах Дзюба Юрий Владимирович
(Россия, Москва) Руководитель Центра стратегического анализа и развития АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС») E-mail: u.dzuba@vniias.ru
Павловский Андрей Александрович
(Россия, Москва) Кандидат технических наук
Заместитель генерального директора АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС») E-mail: A.Pavlovskiy@vniias.ru
Уманский Владимир Ильич
(Россия, Москва)
Профессор, д.т.н.
Заместитель Генерального директора АО «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (АО «НИИАС») E-mail:V.Umanskiy@vniias.ru
Information about the authors
Dzyuba Yurii Vladimirovich
(Russia Moscow) Head of the Center for Strategic Analysis and Development JSC "Research and Design Institute of Informatization, Automation and Communication in Railway Transport" (JSC "NIIAS") E-mail: u.dzuba@vniias.ru
Pavlovsky Andrey Alexandrovich
(Russia Moscow) Candidate of Technical Sciences Deputy General Director JSC "Research and Design Institute of Informatization, Automation and Communication in Railway Transport" (JSC "NIIAS") E-mail: A.Pavlovskiy@vniias.ru
Umansky Vladimir Ilyich
(Russia Moscow) Professor, Doctor of Technical Sciences Deputy Director General JSC "Research and Design Institute of Informatization, Automation and Communication in Railway Transport" (JSC "NIIAS") E-mail: V.Umanskiy@vniias.ru
