авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Автоматизированное диагностирование железнодорожных технологических процессов на основе операторных схем

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

НИКИЩЕНКОВ

Сергей Алексеевич

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

НА ОСНОВЕ ОПЕРАТОРНЫХ СХЕМ

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами (транспорт)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Самарский государственный университет путей сообщения»

Научный консультант – д.т.н., профессор, Заслуженный деятель науки Российской Федерации Сапожников Валерий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Микони Станислав Витальевич

доктор технических наук, профессор

Марлей Владимир Евгеньевич

доктор технических наук, профессор

Мухопад Юрий Федорович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Ростовский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится ________________ 2010 г. на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 при ФГОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан_____________ 2010 г.

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенных печатью, просим отправлять в адрес ученого совета университета.

Факс 570-24-61.

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. техн. наук, доцент Е.Ю. Мокейчев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на железнодорожном транспорте осуществляется в направлении достижения высокого уровня качества и доходности транспортных услуг и характеризуется ростом технической оснащённости и сложности процессов.

Высокие требования по безопасности и экономичности определяют необходимость использования и совершенствования автоматизированных средств и систем диагностирования, своевременно обнаруживающих в железнодорожных ТП дефекты с целью предотвращения последствий от них и снижения потерь временных, материальных, финансовых и других ресурсов. Дефекты, понимаемые как несоответствия предписанным технологиям, обусловлены различными объективными и субъективными причинами (изношенностью подвижного состава и путей, сбоями автоматики и энергоснабжения, недостоверностью информации, ошибками персонала и т.д.). Применяемые в АСУ ТП методы контроля и диагностики, в основном направленные на повышение безопасности движения и обеспечение работоспособности техники, недостаточно ориентированы на обнаружение дефектов в сферах деятельности, которые обеспечивают доходность (коммерческая диспетчеризация, перевозки дорогих грузов, взаимодействие собственников подвижного состава, инфраструктуры и грузоотправителей, и т.д.). Анализ объектов в хозяйствах (фирменного транспортного обслуживания, перевозок и др.) показывает, что известные методы диагностирования оказываются неэффективными для обнаружения дефектов в процессах, и необходимы новые подходы, включающие разработку диагностических моделей ТП, способов, алгоритмов и средств диагностирования на уровне операций.





Исследованиям в области контроля и эффективности железнодорожных АСУ посвящены работы Козлова П.А., Тишкина Е.М., Лецкого Э.К., Поддавашкина Э.С., Шарова В.А., Резера С.М., Елисеева С.Ю., Вишнякова В.Ф., Красковского А.Е., теоретическим вопросам диагностирования – труды Пархоменко П.П., Калявина В.П., Согомоняна Е.С., Сапожникова Вал.В., Сапожникова В.В., Микони С.В., Данилова В.В., Мозгалевского А.Н. и др. Как показывает анализ отраслевых АСУ, обзор публикаций и НИР, разработке диагностического обеспечения систем уделено недостаточно внимания, а имеющиеся решения по диагностике процессов не всегда имеют теоретическое обоснование.

Контроль процессов перевозок с использованием графиков исполненного движения широко используется в поездной работе, в то же время диагностика таких процессов, как планирование грузовой работы, диспетчеризация на сортировочных станциях, ремонт подвижного состава и т.д., с использованием современных методов и формализованных языков описания и визуализации процессов практически не осуществляется.

Внедрение в ОАО «РЖД» интегрированной системы менеджмента качества, базирующейся на процессном подходе, способствует идентификации и устранению дефектов в ТП, но ее недостатком является неразвитость систем диагностирования в плане использования методов технической диагностики и автоматизации обнаружения дефектов.

Таким образом, актуальной является разработка и внедрение автоматизированных систем диагностирования (АСД) ТП с использованием формализованных описаний и схем процессов, с соответствующим решением теоретических и практических вопросов по разработке методов, алгоритмов и средств диагностирования.

Работа выполнялась в соответствии с планами научно–технического развития ОАО «РЖД», Программой информатизации отрасли, научными направлениями Самарского государственного университета путей сообщения и решениями технико–экономических советов Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО «РЖД».

Целью работы является разработка научно–практических основ АСД ТП и их внедрение в железнодорожные АСУ.

Объектом исследования являются железнодорожные ТП, дефекты в их выполнении, автоматизированные средства и системы обнаружения дефектов.

Предметом исследования являются методология диагностирования ТП, математические модели и схемы процессов, диагностические модели на их основе, принципы структурно–функциональной организации АСД, методы и алгоритмы диагностирования.

Задачи исследований включают:

- исследование железнодорожных ТП как объектов диагностирования;

- разработка методологии диагностирования ТП на базе научных теорий и инженерных методов;

- разработка и исследование моделей и формализованных описаний ТП;

- разработка диагностических моделей ТП;

- разработка основ структурно–функциональной организации АСД ТП;

- разработка методов, алгоритмов, программных и аппаратных средств диагностирования ТП;

- внедрение АСД ТП и оценка технико–экономических показателей.

Основным методом исследования является математическое моделирование с использованием теории множеств, теории графов, математической логики, теории технической диагностики, теоретического программирования и теории параллельных вычислений.

Научная новизна.

1. Разработана методология автоматизированного диагностирования ТП на основе операторных схем процессов.

2. Разработана теоретико–множественная операционно–событийная много-

аспектная модель ТП в виде триады «технология – реализация – события»,

используемая в качестве метамодели для разработки формализованных и диагностических моделей ТП.

3. Предложен схемный подход к формализованному описанию ТП, заключающийся в интерпретации операционно–событийной модели операторной схемой, представляющей триаду «схема технологии – реализации схемы – таблицы признаков активизации»; разработаны и исследованы классы операторных схем процессов – координатные, алгоритмические, асинхронные, с произвольной реализацией.

4. Разработан комплекс диагностических моделей ТП, базирующийся на операционно–событийной модели, операторных схемах процессов и формальных системах дефектов, в качестве основы диагностического обеспечения АСД ТП.

5. Разработан и исследован метод диагностирования по спусковым функциям операций, ориентированный на обнаружения дефектов в реконфигурируемых ТП.

Практическая значимость работы.

  1. Сформулированы основные понятия технологической диагностики, определены ее цель и задачи.
  2. Разработан комплекс алгоритмов диагностирования, включающий алгоритмы обнаружения дефектов в ТП и алгоритмы функционирования АСД.
  3. Разработаны программные и аппаратные средства диагностирования ТП на основе операторных схем.
  4. Разработаны методики и инженерные рекомендации по подготовке диагностического обеспечения АСД ТП (разработке операторных схем процессов с применением компьютерных технологий, исследованию параллелизма технологий и процессов, разработке диагностических моделей ТП).
  5. Разработана система имитационного моделирования АСД ТП.
  6. Разработаны и внедрены АСД ТП в составе АСУ, функционирующих в дорожном центре фирменного транспортного обслуживания и службе перевозок Куйбышевской железной дороги.
  7. Выполнены работы по применению метода диагностирования по спусковым функциям операций в подразделениях Куйбышевской железной дороги.
  8. Предложены критерии оценки эффективности АСД ТП с приоритетом экономии от снижения убытков в результате диагностирования.

Достоверность и обоснованность результатов диссертации подтверждается обоснованием постановок задач, исследованием и сравнительным анализом существующих подходов к их решению, применением детерминированных методов решения, имитационным моделированием, опытной и промышленной эксплуатацией АСД ТП и технико-экономической оценкой разработок.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методология автоматизированного диагностирования железнодорожных ТП на основе операторных схем.

2. Теоретико–множественная операционно–событийная модель ТП.

3. Операторные схемы процессов.

4. Комплекс диагностических моделей ТП на основе операционно–событийной модели и операторных схем процессов.

5. Основные положения организации АСД ТП.

6. Метод диагностирования ТП по спусковым функциям операций.

Внедрение результатов исследования.

Результаты диссертации внедрены на Куйбышевской железной дороге в рамках договоров, выполненных в 2001–2008 гг. под научным руководством и при личном участии автора.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 22 международных, республиканских и отраслевых научно–технических конференциях, в том числе: Международной конференции «Актуальные проблемы современной науки», Самара, 2001; Региональной конференции «Стратегия развития транспортной логистики Самарского региона», Самара, 2002; межвузовской конференции «Вклады ученых вузов в научно–технический прогресс на железной дороге», Самара, 2003; Пятом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике, Кисловодск, 2004; Международной конференции «Безопасность и логистика транспортных систем», Самара, 2004; Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии», Иркутск, 2004; региональной конференции, посвященной 70–летию Южно–Уральской железной дороги, Челябинск, 2004; региональной научно–практической конференции, посвященной 130–летию Куйбышевской железной дороги, Самара, 2004; XI и XII Российской научной конференции ПГАТИ, Самара, 2004, 2005; III Международной научно–практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта», г. Самара; 7-й, 10-ой, 11-ой и 14–й Международной научно–практической конференции «Информационные технологии на железнодорожном транспорте (Инфотранс)», Санкт–Петербург, 2002, 2005, 2006, 2009.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 69 работ общим объемом 30 печатных листов, в том числе 2 монографии, 17 статей в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования материалов докторских диссертаций, 3 изобретения, 4 свидетельства на интел-лектуальный продукт, 12 свидетельств на программы для ЭВМ.

Структура работы. Диссертация содержит введение, 6 глав, заключение и выводы, библиографический список из 302 наименований и 4 приложения, всего 329 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, определена цель работы, изложена научная новизна, теоретическая и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, представлены апробация и внедрение результатов работы.

Первая глава посвящена современному состоянию и анализу проблем автоматизированного диагностирования железнодорожных ТП и разработке методологии диагностирования на основе операторных схем процессов.

Анализ особенностей эксплуатации и развития АСУ ТП показывает наличие утверждённых регламентных технологий; выполнение типовых повторяющихся основных и вспомогательных процессов; высокую техническую оснащённость; рост требований по экономичности, безопасности, отказоустойчивости и качеству перевозок; внедрение интегрированной системы менеджмента качества на основе процессного подхода; изменение технологий, условий функционирования и параметров процессов в эксплуатационном цикле; усложнение взаимодействия ОАО «РЖД», собственников подвижного состава и грузоотправителей.

Железнодорожным ТП присущи дефекты, обусловленные износом технических средств, сбоями энергоснабжения и аппаратуры, ошибками программного обеспечения, неправильными действиями персонала и т.д.

Актуальность диагностирования ТП подтверждается следующими примерами дефектов в подразделениях фирменного транспортного обслуживания (ФТО) Куйбышевской железной дороги, где наблюдались такие: необоснованное отклонение заявки грузоотправителя; искажение данных в заявке; ошибки в расчетах суточного плана в агентстве ФТО; несоответствие нормативной группы груза и рода подвижного состава; несвоевременная корректировка плана погрузки; неполный учёт в дорожном центре ФТО расчетных показателей, представленных из районного агентства ФТО; преждевременное сообщение о выполнении заявки на перевозку; невыполнение заявки на перевозку груза в установленные сроки; несвоевременная корректировка плана в дорожном центре ФТО; запоздалое формирование сводного заказа дороги; необеспечение суточного плана погрузки подвижным составом и т.п.

В 2004–2008 гг. имели место изменения технологий по следующим причинам: принятие редакций Устава железных дорог и Правил грузоперевозок; расширение числа проверок по отказам исполнения заявок; создание структуры коммерческих диспетчеров и др. В диссертации выполнен анализ факторов (и их источников), влияющих на изменения. К ним относятся: реформирование отрасли, принятие новых руководящих и нормативных документов (руководство ОАО «РЖД»); экономия эксплуатационных затрат и антикризисные мероприятия (экономические стратегии); конкуренция с другими видами транспорта, взаимодействие с собственниками и грузоотправителями (бизнес–процессы); решения по управлению основными и вспомогательными процессами (руководство дорог и подразделений); износ технических средств, изменения инфраструктуры (технологические ресурсы); ввод в эксплуатацию новых компьютерных систем и АСУ (информатизация и автоматизация); изменения условий работы (окружающая среда); изменение порядка и времени выполнения операций (персонал).

Среди проблем диагностирования железнодорожных ТП следует выделить: неэффективность выходного контроля процессов по оперативности обнаружения дефектов и предотвращению потерь от них; отсутствие эффективных АСД, построенных на принципах процессного подхода; недостаточная проработанность теоретических основ АСД ТП; отсутствие формальных диагностических моделей ТП; отсутствие диагностического обеспечения (моделей, методов, способов, алгоритмов и средств диагностирования), использующего компьютерные способы разработки, хранения, визуализации и обработки информации; непригодность известных методов к обнаружению дефектов в условиях изменения технологий и процессов; несоответствие методик оценки эффективности разработки и внедрения АСД современным требованиям.

На рис. 1 показана методология диагностирования ТП:

Рисунок 1 – Методология диагностирования ТП на основе операторных схем

На базе стандартов по технической диагностике и менеджменту качества и отраслевых материалов по безопасности перевозок предложена система понятий технологической диагностики, отражающая теорию, методы и средства определения дефектов в ТП.

Под технологическим диагностированием понимается обнаружение дефектов в выполняемом в рабочем режиме ТП как несоответствий установленным в технологии требованиям, их анализ и принятие решений по дальнейшему выполнению ТП. Целью технологического диагностиро-вания является снижение убытков (материальных, финансовых и др.) за счёт своевременного обнаружения дефектов.

Процессный подход используется для анализа совокупности операций, предписанной технологией над материальными, финансовыми, информационными и другими ресурсами, как объекта диагностирования.

Наибольшей общностью отражения свойств ТП (многоаспектность, многооперационность, логическая обусловленность, нормируемость, повторяемость, изменчивость) обладает теоретико–множественная модель, используемая в качестве метамодели для создания формализованных схем и диагностических моделей ТП.

В диссертации выполнена интерпретация теоретико–множественных моделей ТП операторными схемами, имеющими свойства: возможность стандартизированного компактного описания (состав операций, логика и зависимости) множества ТП, соответствующих заданной технологии; применение достижений теоретического программирования и теории параллельных вычислений (теорема Бернштейна – Рассела – Нариньяни, спусковые функции Котова – Нариньяни, информационно–логические схемы); наглядность и пригодность для компьютерной обработки.

Согласно теории технической диагностики под диагностической моделью объекта понимается совокупность его формальной модели и моделей возможных дефектов. Разработан комплекс диагностических моделей ТП на основе теоретико–множественных моделей и операторных схем процессов, с перечнями дефектов в виде формальных выражений, представляющих несоответствия заданным требованиям правильного выполнения технологии. Комплекс моделей, методов и алгоритмов диагностирования и соответствующие методики их использования составляют диагностическое обеспечение АСД ТП.

Дискретная математика (теория графов, формальная логика, теории автоматов и алгоритмов) и методы вычислительных систем составляют основу для разработки методов и алгоритмов обнаружения дефектов и автоматизации технологического диагностирования.

Структурно–функциональная организация АСД ТП базируется на принципах построения вычислительных систем и АСУ, типовых блочных архитектурах и способах обработки данных.

Экономическая целесообразность внедрения АСД ТП определяется

соотношением экономии (снижения потерь от дефектов), полученной в результате технологического диагностирования, и затрат на АСД ТП.

Вторая глава посвящена разработке математической модели ТП и операторных схем процессов.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.