СПОСОБ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АВАРИЙНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ХОЗЯЙСТВЕ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ Российский патент 2014 года по МПК B61L27/00 G01D21/00 

Представленный способ имитационного моделирования аварийно-восстановительных работ (АВР) в хозяйстве автоматики и телемеханики предназначен для расчета среднего времени до восстановления работоспособности технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ), включает в себя методику определения расчетного значения среднего времени до восстановления технических средств (ЖАТ) и функциональный программный комплекс, эту модель реализующий.

Известна техническое решение патент №2357215 «Способ ремонта и технического обслуживания и применяемые в способе аппаратно-программный комплекс для диагностики и система для контроля качества ремонта и технического обслуживания» предлагает сугубо детерминированную (предопределенную) имитационную модель на основе однозначно определенной структурной схемы аппаратно-программного комплекса системы.

Достоинством этого решения является возможность электронного сбора измерительной информации и ее качественной оценки, что позволяет исключить «человеческий фактор» и обеспечить объективность и достоверность измерительной информации и результатов контроля.

Недостатком этого метода является отсутствие стохастической (неопределенной) составляющей в модели системы технического содержания средств ЖАТ и статистического учета случайных факторов, что не позволяет адаптировать данную модель под разрабатываемый аппаратно-программный комплекс.

Суть способа имитационного моделирования АВР в хозяйстве автоматики и телемеханики способа состоит в следующем.

Среднее время до восстановления в общем случае определяется как сумма среднего времени поиска неисправности T_n, среднего времени оповещения о появившейся неисправности T_on, среднего времени, затрачиваемого на проследование к отказавшему устройству T_пр, и собственно среднего времени устранения неисправности T_ус.

Причем каждая из составляющих в формуле (1), в свою очередь, может дополнительно разделяться на компоненты.

Анализируя формулу (1), можно сделать вывод, что время до восстановления прямо и косвенно зависит от множества факторов, таких как: технические характеристики используемых на участке систем ЖАТ, технологии технического обслуживания и эксплуатации систем ЖАТ на участке, оснащенности участка железной дороги, его конфигурации, численности и квалификации обслуживающего персонала, уровня и количества технических средств для устранения отказов и диагностики предотказных состояний систем ЖАТ, наличия путей подъезда (подхода) к месту отказа, погодных и климатических особенностей региона, в котором расположен участок железной дороги.

В данном случае аналитические методы, в силу многих причин, неприменимы, поэтому используется метод статистического имитационного моделирования Монте-Карло.

Способ состоит в следующем. С помощью псевдослучайных датчиков с использованием накопленной статистики отказов «разыгрываются» псевдослучайным образом время, место и причина отказа технических средств. Далее все детерминированные события и процессы АВР в модели описываются обычными детерминированными формулами и формализованными процедурами. В действительности конкретное осуществление (реализация) случайного процесса АВР складывается каждый раз по-иному, поэтому в результате статистического моделирования («розыгрыша») каждый раз будет получена новая, отличная от других реализация исследуемого случайного процесса АВР.

Однократный «прогон» построенной имитационной модели позволяет получить одну «искусственную» реализацию исследуемого случайного процесса АВР и, соответственно, одно значение T_в из выборки для оценки его среднего значения. Множество реализаций, полученное в результате множественного «прогона» модели, составит вышеуказанную выборку, с использованием которой известными методами математической статистики может быть получено среднее значение проектного среднего времени до восстановления работоспособности T_в.

Разработка имитационной модели может быть разбита на несколько этапов:

1. Этап «возникновение отказа». Эта операция инициирует весь цикл, поскольку, чтобы устранить отказ, он должен первоначально где-либо возникнуть. Так как отказ технического объекта ЖАТ носит случайный характер, то его необходимо «разыграть», используя соответствующий закон распределения.

2. Этап «оповещение о неисправности». Оповещение о неисправности может осуществляться по-разному в зависимости от наличия или отсутствия средств контроля технического состояния системы ЖАТ на участке.

3. Этап «предварительный анализ неисправности» включает в себя осознание информации, анализ на основе полученных сведений, предварительное определение характера отказа, а также его местонахождения.

4. Этап «подготовка» включает в себя подготовку запасных частей, инструментов и необходимых принадлежностей (ЗИП) для устранения отказа.

5. Этап «проследование к месту неисправности». Время проследования существенно зависит, как от размещения персонала и местонахождения отказа, так и от способа доставки персонала к месту неисправности (последнее зависит в том числе и от оснащенности дистанции транспортными средствами), наличия путей подъезда, метода технического обслуживания, физического состояния работника, отправляющегося на устранение отказа, времени года, погодных условий и др.

6. Этап «поиск неисправности». Время поиска неисправности зависит существенно от квалификации работника, занятого устранением отказа, сложности отказа, от физического состояния работника.

7. Этап «устранение неисправности». Длительность операции в целом определяется теми же факторами, что и операция «поиск неисправности».

8. Этап «проверка работоспособности». В случае, если с некоторой вероятностью устранена неисправность, которой не было, требуется вернуться на операцию «поиск неисправности».

9. Этап «включение в работу» - заключительная операция. Время выполнения операции случайно и в большей мере зависит от физического состояния работника и возможности оповещения о включении технического объекта ЖАТ в работу.

Алгоритмически основная последовательность этапов представляет собой алгоритм с ветвлениями, так как в операции «проверка работоспособности» имеются ветвления, представляющие собой переходы на ранее выполненные операции. Сами ветвления представляют собой детерминированную часть модели.

Таким образом, задана основная последовательность этапов, связанных с восстановлением работоспособности для одного объекта ЖАТ, позволяющая при многократных прогонах получать различные реализации процесса от момента отказа объекта до момента восстановления с учетом случайных факторов.

Каждый одиночный «прогон» полученной модели позволит смоделировать два события:

- отказ объекта ЖАТ;

- восстановление работоспособности объекта ЖАТ.

Каждое из указанных событий будет характеризоваться вычисленным моделью моментом времени возникновения:

- момент возникновения отказа объекта ЖАТ t_{отк i} является результатом выполнения операции «возникновение отказа»;

- момент восстановления работоспособности объекта ЖАТ t_{вос i} определяется как сумма результатов выполнения всей основной последовательности операций, начиная от операции «возникновение отказа» и заканчивая операций «включение в работу»:

где j, s, w - счетчики количества возвратов к операциям «устранение неисправности», «поиск неисправности», «подготовка» соответственно.

- время возврата, разыгрываемое независимо от времени проследования к месту отказа той же процедурой;

l, q, c - количество выполнений соответствующих операций с учетом вероятности их повторения, при этом оно всегда превышает количество повторений операций на единицу. Количество повторений операций определяется разыгрываемыми операциями ветвления.

Следовательно, длительность времени до восстановления i-го отказа или, иными словами, длительность i-го неработоспособного состояния объекта ЖАТ определяется как разность:

Модель позволяет вычислить различные реализации только одного отказа и одного восстановления объекта ЖАТ, начиная от некоторого нулевого момента времени. Повторный «прогон» модели всегда начинается от нулевого момента времени, то есть от начала моделирования.

Каждое отдельное событие, сформированное моделью, является отдельной реализацией процесса ремонта объектов ЖАТ на участке, а вся совокупность событий представляет собой статистическую совокупность.

Результатом функционирования разработанной модели является совокупность значений времени до восстановления отдельного объекта ЖАТ. Все результаты моделирования времени до восстановления объектов ЖАТ на участке железных дорог следует свести в таблицу.

Таблица Результаты моделирования времени до восстановления объектов ЖАТ на участке железных дорог № объекта ЖАТ Количество отказов объекта ЖАТ, Время до восстановления каждого отказа 1 2 3 … 1 T_{восс 11} T_{восс 21} T_{восс 31} … 2 T_{восс 12} T_{восс 22} T_{восс 32} … … … … … … … … m T_{восс 1m} T_{восс 2m} T_{восс 3m} …

Обработка таблицы осуществляется статистическими методами. При этом сами результаты моделирования рассматривают как репрезентативную выборку.

Среднее время до восстановления на участке железной дороги представляет собой среднее арифметическое времен восстановлений объектов ЖАТ, представленных в таблице.

Расчетная формула для вычисления среднего времени до восстановления имеет вид:

Способ имитационного моделирования аварийно-восстановительных работ предназначен для расчета среднего времени до восстановления работоспособности технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). Способ включает в себя методику определения среднего времени до восстановления технических средств ЖАТ и программный комплекс. Вводят постоянные данные об участке железных дорог, а также особенности климата представляют в виде элементарных массивов данных, каждый из которых соответствует блок-участку. Также вводят общие вспомогательные данные, включающие в себя время моделирования. После ввода данных начинают моделирование, заключающееся в формировании элементарных случайных событий - интервалов времени, приходящихся на различные операции с учетом законов распределения и постоянных данных об участке, взаимосвязи при реализации процесса технического обслуживания и ремонта технических средств ЖАТ, и последующем суммировании элементарных случайных событий с учетом вероятности повторного возникновения с целью получения многократных реализаций времени до восстановления для каждого блок-участка. В результате получения многократных реализаций времени до восстановления для каждого блок-участка вычисляют среднее арифметическое от всех реализаций времени определяется среднее время до восстановления технических средств ЖАТ на нем. Техническим результатом является получение оптимального значения среднего времени до восстановления технических средств ЖАТ. 1 табл.

Способ имитационного моделирования аварийно-восстановительных работ в хозяйстве автоматики и телемеханики, отличающийся тем, что постоянные данные об участке железных дорог, включающие в себя технические характеристики используемых на участке систем ЖАТ, технологию технического обслуживания и эксплуатации систем ЖАТ на участке, оснащенность участка железной дороги, его конфигурацию, численность и квалификацию персонала, который обслуживает системы ЖАТ на участке, уровень и количество технических средств для устранения отказов и диагностики предотказных состояний систем ЖАТ, наличие путей подъезда (подхода) к месту отказа, погодные и климатические особенности региона в котором расположен участок железной дороги, представляют в виде множества элементарных массивов данных, каждый из которых соответствует блок-участку на перегоне или изолированному участку на станции, также вводят общие вспомогательные данные, включающие в себя время моделирования, достаточное для получения устойчивой оценки среднего времени до восстановления технических средств ЖАТ на участке железных дорог, после ввода данных начинают моделирование, заключающееся в формировании элементарных случайных событий - интервалов времени, приходящихся на различные операции для каждого блок-участка на перегоне и изолированного участка на станции с учетом законов распределения и постоянных данных об участке железных дорог в последовательности их возникновения с учетом взаимосвязи при реализации процесса технического обслуживания и ремонта технических средств ЖАТ на участке, включая возникновение отказа, оповещение о неисправности, предварительный анализ неисправности, подготовку, проследование к месту и с места неисправности, поиск неисправности, устранение неисправности, проверку работоспособности, включение в работу, и последующем суммировании элементарных случайных событий с учетом вероятности повторного возникновения с целью получения многократных реализаций времени до восстановления для каждого блок-участка на перегоне и изолированного участка на станции, из которых путем вычисления среднего арифметического от всех реализаций времени до восстановления всех блок-участков и изолированных участков в пределах конкретного участка железных дорог определяется среднее время до восстановления технических средств ЖАТ на нем.