Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса. Постановка задач диссертационного исследования 12
1.1 Общие сведения о структуре и организации деятельности хозяйства сигнализации и связи на железных дорогах республики Узбекистан 12
1.2 Организация и основные характеристики сетей радиосвязи на железнодорожном транспорте 13
1.3 Анализ проблем функционирования поездной радиосвязи 17
1.4 Анализ нормативной базы, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на железных дорогах Республики Узбекистан 21
1.5 Анализ современных технологий радиосвязи и возможности их применения на железнодорожном транспорте 24
1.6 Постановка задачи на исследование. Структура исследования и формулировка научной задачи 30
2 Разработка методики расчета значения коэффициента готовности сети поездной радиосвязи 33
2.1 Постановка задачи 33
2.2 Типовые каналы сети поездной радиосвязи 35
2.3 Разработка математического аппарата для расчета значений коэффициентов готовности каналов сети ПРС разных типов 40
2.4 Нормативные значения коэффициентов готовности элементов сети ПРС 42
2.4.1 Определение значений коэффициента готовности аппаратуры сети ПРС 42
2.4.2 Определение коэффициента готовности проводного канала сети ПРС.. 42
2.4.3 Коэффициент готовности радиоканала сети ПРС 43
2.5 Модели сети ПРС для оценки значений её коэффициента готовности .44
2.5.1 Модель сети ПРС для расчета усреднённого значения коэффициента готовности каналов данной сети 45
2.5.2 Модель сети ПРС для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети 51
2.6 Расчет значений коэффициентов готовности сети ПРС по разработанным моделям 55
2.6.1 Расчет значения коэффициента готовности сети ПРС по Модели №1 56
2.6.2 Расчет значения коэффициента готовности сети ПРС по Модели №2 59
2.7 Выводы по разделу 2 63
3 Повышение надежности сети и средств радиосвязи в условиях ограниченных ресурсов на восстановление их работоспособности 66
3.1 Постановка задачи 66
3.2 Составляющие времени, затраченного на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи 67
3.3 Способы управления значением коэффициента готовности сетей и средств радиосвязи 68
3.4 Методика повышение надежности сети и средств радиосвязи в условиях ограниченных ресурсов на восстановление их работоспособности 72
3.5 Математические модели для расчета коэффициента избыточности
3.5.1 Математические модели сети ПРС со структурной избыточностью 84
3.5.2 Математические модели для расчета коэффициентов временной избыточности сети ПРС 93
3.5.3 Математическая модель для расчета коэффициентов функциональной избыточности 100
3.6 Выводы по разделу 3 107
4 Разработка методики формирования комплекса целенаправленных организационно-технических мероприятий по повышению надежности сети ПРС до уровня, при котором будет исключено отрицательное влияние отказов сети ПРС на своевременность прибытия поездов 109
4.1 Постановка задачи 109
4.2 Классификация отказов и сбоев в сетях ПРС 111
4.3 Действия отказов и сбоев в сетях ПРС на безопасность движения поездов 111
4.4 Методика формирования комплекса целенаправленных организационно технических мероприятий по повышению надежности сети ПРС до уровня, при котором будет исключено отрицательное влияние отказов сети ПРС на своевременность прибытия поездов 114
4.5 Анализ влияния отказов и сбоев системы на примере цифровой радиосвязи стандарта GSM-R на безопасность движения поездов и готовность перевозочного процесса 118
4.6 Выводы по разделу 4 124
5 Разработка научно-технических предложений по повышению надежности сети ПРС за счет совершенствования нормативной базы
5. 1. Постановка задачи 127
5.2 Основные понятия и определения этапов жизненного цикла сетей и средств поездной радиосвязи 128
5.3 Методика оценки обеспеченности нормативной базой, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах их жизненного цикла 130
5.4 Интегральная оценка готовности нормативной базы, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах их жизненного цикла 142
5.5 Выводы и рекомендации по разделу 5 143
Заключение 145
Список литературы
- Анализ проблем функционирования поездной радиосвязи
- Нормативные значения коэффициентов готовности элементов сети ПРС
- Составляющие времени, затраченного на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи
- Методика оценки обеспеченности нормативной базой, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах их жизненного цикла
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Основными видами деятельности акционерной компании «Узбекистон темир йуллари» («Узбекские железные дороги») (далее – АО «УЖД») являются: перевозка народно-хозяйственных грузов, в том числе транзитные перевозки, внутригосударственные перевозки, экспортно-импортные перевозки; перевозка пассажиров. В настоящее время на железных дорогах Республики Узбекистан ведется строительство новой и модернизация существующей инфраструктуры.
Требования к надежности поездной радиосвязи (далее – ПРС) возрастают в связи с повышением интенсивности движения поездов на железнодорожном транспорте. От надежности сети ПРС зависит не только своевременность прибытия поездов, но и безопасность перевозочного процесса, так как распоряжения, связанные с управлением движением поездов, передаются непосредственно по ПРС. Важными целями обеспечения безопасности движения поездов являются недопущение повышения аварийности при росте скоростей движения и увеличении пропускной способности, а также снижение расходов за счет создания многофункциональной системы управления безопасностью на основе использования технических средств, включая системы ПРС. Утвержденных на железнодорожном транспорте методик, позволяющих проводить полноценный расчет надежности ПРС и формировать рекомендации по ее повышению, не существует. При этом имеющаяся статистика показывает, что значения параметров, связанных с надежностью аппаратуры ПРС, оказываются существенно ниже требуемых значений. Если значение коэффициента готовности сети и средств радиосвязи не удовлетворяет предъявляемым требованиям, то необходимо принимать меры по его увеличению. При этом следует учитывать и стоимость реализации того или иного способа увеличения значения коэффициента готовности.
Одним из способов повышения значения коэффициента готовности является улучшение нормативной базы, регламентирующей организацию сетей радиосвязи на всех этапах их жизненного цикла, включая требования к выполнению работ по их эксплуатации. От качества нормативной базы ее и соответствия современным требованиям зависит и качество работы радиосетей.
Поэтому исследования, направленные на разработку моделей сетей ПРС, методик расчета и повышения значения коэффициента готовности этих радиосетей, являются актуальными.
Степень разработанности проблемы. Известны работы таких исследователей в области поездной радиосвязи, как В.Н. Листов, Н.В Лаврентьев, Ю.В. Ваванов, Э.С. Головин, Ю.Я Меремсон, С.А. Денисов, Д.Н. Роенков, А.М. Вериго, К.К. Алмазян, М.А. Бойко, И.П. Кнышев, Т.М Родигина, Г.В. Горелов, Ю.И. Таныгин, А.В. Елизарен-ко, А.А. Танцюра, П.И. Художитков и др.
Вопросами повышения надежности телекоммуникационных сетей в своих работах занимались: А.В. Жабина, О.А Черникова, А.Н. Обухов, В.К. Котов, В.Р. Антонец, Г.П. Лабецкая, В.В. Шмытинский, А.М. Лихачев, А.К. Канаев, И.П. Кнышев, А.М. Вериго, Г.Г. Держко, В.В. Шматченко, В.А. Нетес, В.В. Сапожников. Вл.В. Сапожников, В.Е. Митрохин, В.А Гапанович и др.
Но расчету значения коэффициента готовности сети ПРС должное внимание до сих пор не уделялось.
Цели и задачи. Целью диссертационной работы является разработка предложений по повышению надежности ПРС на железнодорожном транспорте Республики Узбекистан.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены и последовательно решены следующие задачи:
– проведение анализа существующих сетей ПРС и выявление проблем функционирования ПРС на железнодорожном транспорте Республики Узбекистан;
– проведение анализа нормативной базы, регламентирующей организацию сетей ПРС на железных дорогах Республики Узбекистан и разработка рекомендаций по ее совершенствованию;
– проведение анализа современных технологий радиосвязи и возможности их применения на железнодорожном транспорте;
– разработка моделей сети ПРС, позволяющих произвести оценку их коэффициентов готовности;
– разработка методики повышения надежности сетей и средств радиосвязи в условиях ограниченных ресурсов на восстановление их работоспособности;
– разработка методики формирования комплекса организационно-технических мероприятий по повышению надежности сети ПРС до уровня, при котором будет исключено отрицательное влияние отказов сети ПРС на своевременность прибытия поездов.
– разработка методики оценки обеспеченности нормативной базой аппаратуры и сетей ПРС на всех этапах их жизненного цикла с учетом выполнения требований охраны труда.
Объектом исследования являются сети ПРС на железных дорогах Республики Узбекистан.
Предметом исследования являются модели и методики оценки коэффициента готовности сети ПРС.
Научная задача – разработка моделей сети ПРС и методики для расчета значения коэффициента готовности сети ПРС.
Научная новизна
Разработанная модель сети ПРС для расчета усредненного значения коэффициента готовности каналов сети ПРС отличается от известной тем, что помимо коэффициентов готовности оборудования и проводного канала, при расчетах используется предложенный в работе коэффициент готовности по радиопокрытию, который вносит существенный вклад в значение коэффициента готовности канала между поездным диспетчером (ДНЦ) и машинистом (ТЧМ). С использованием коэффициента готовности по радиопокрытию разработана и модель сети ПРС, позволяющая рассчитать интегральное значение коэффициента готовности сети ПРС в пределах диспетчерского круга.
Особенностью разработанной методики повышения надежности сетей и средств ПРС в условиях ограниченных ресурсов на восстановление их работоспособности является то, что она позволяет получить зависимость достижимого значения коэффициента готовности от доступных финансовых ресурсов.
Введена классификация отказов сетей ПРС по тяжести их последствий, позволившая формализовать влияние готовности сетей ПРС (как элемента инфраструктуры железнодорожного транспорта) на своевременность прибытия поездов.
Теоретическая значимость работы состоит в расширении методической базы оценки и повышения надежности сетей ПРС, учитывающей особенности их функционирования в условиях железнодорожного транспорта и влияния различного вида отказов и сбоев сетей ПРС на своевременность перевозочного процесса.
Практическая значимость результатов работы
Практическая значимость разработанных моделей сети ПРС заключается в том, что по результатам расчетов, выполненных с использованием первой модели, может быть проведена оценка коэффициента готовности как каждого канала ПРС по отдельности, так и среднего значения коэффициента готовности всех каналов данной радиосети. Сравнение фактических расчетных значений с требуемыми позволяет выявить не-
достаточно надежные каналы. Вторая модель позволяет получить не усредненное значение коэффициента готовности всех каналов связи между ДНЦ и ТЧМ, а интегральное значение коэффициента готовности радиосети в целом. Такая оценка может быть использована при формировании обязательных к выполнению требований по надежности радиосети при ее паспортизации.
Практическая значимость разработанной методики повышения надежности сети и средств радиосвязи в условиях ограниченных материально-финансовых ресурсов на восстановление их работоспособности заключается в том, что она может быть весьма полезна при планировании мероприятий по повышению надежности сетей радиосвязи в условиях ограниченных ресурсов.
На основе предложенной классификации отказов сетей ПРС по тяжести их последствий может быть определен комплекс мероприятий, выполнение которых позволит довести степень готовности сети ПРС до уровня, при котором будет исключено отрицательное влияние отказов сети ПРС на своевременность прибытия поездов. Представленный подход, учитывающий уровни полноты готовности, применим и для других технических систем железнодорожного транспорта.
Разработанный подход к оценке обеспеченности нормативной базой (готовности нормативной базы) аппаратуры и сетей ПРС на всех этапах их жизненного цикла с учетом выполнения требований охраны труда позволяет не только получить численную оценку готовности нормативной базы, но и обосновать требования по разработке новых или доработке действующих документов.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач в работе выполнен анализ научно-технической литературы, а также нормативной базы, регламентирующей организацию сетей ПРС. Использованы методы: обработки статистических данных, теоретических исследований, теории вероятностей, теории надежности.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методики расчета значений коэффициентов готовности сетей ПРС.
-
Методика повышения надежности сети и средств ПРС в условиях ограниченных материально-финансовых ресурсов на восстановление их работоспособности.
-
Методика формирования комплекса организационно-технических мероприятий по повышению надежности сети ПРС до уровня, при котором будет исключено отрицательное влияние отказов сети ПРС на своевременность прибытия поездов.
Личный вклад. Лично автором, а также при его участии, опубликованы основные результаты выполненной работы.
Реализация и внедрение работы. Результаты диссертационной работы, включая модели, методики и научно-технические предложения, используются на Узбекской железной дороге АО «УЖД» и в учебном процессе ФГБОУ ВО ПГУПС.
Степень достоверности результатов исследований. Достоверность полученных в диссертационной работе результатов обеспечивается применением апробированного математического аппарата, обоснованным выбором и полнотой исходных данных, корректностью вводимых ограничений и допущений, адекватностью разработанных математических моделей реальным сетям ПРС, согласованностью частных результатов моделирования с данными предшествующих исследований.
Достоверность полученных результатов подтверждается положительными отзывами и одобрением, полученными при апробации новых научных результатов на научно-технических и научно-практических конференциях и семинарах.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждались на научных конференциях и семинарах: Фестиваль «Неделя науки» (г. Санкт-Петербург, ФГБОУ ВО ПГУПС 2014 г.); 69-я, 70-я, 71-я, 72-я научно-
технические конференции, посвященные Дню Радио (г. Санкт-Петербург,
СПбНТОРЭС, 17 – 25 апреля 2014 г., 21 – 29 апреля 2015 г., 20 – 28 апреля 2016 г., 27– 29 апреля 2017 г.); VIII-й Международный симпозиум «Электрификация, развитие электроэнергетической инфраструктуры и электрического подвижного состава скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта» (Элтранс-2015) (г. Санкт-Петербург, 7 – 9 октября 2015 г); Республиканская научно-техническая конференция «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (г. Ташкент, 14 – 15 декабря 2015 г.); 6-я школа-семинар «Инфокоммуникационные технологии в цифровом мире» (г. Санкт-Петербург, 26 – 27 октября 2016 г.); 4-я Международная научная конференция «Магнитолевитационные транспортные системы и технологии» (г. Санкт-Петербург, ФГБОУ ВО ПГУПС, 25 – 27 мая 2016 г.).
Основные положения работы также доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических семинарах «Методы анализа телекоммуникационных систем и сетей» кафедры «Электрическая связь» ФГБОУ ВО ПГУПС в 2014 – 2017 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 печатных работы, в том числе 8 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 112 наименований, изложена на 160 страницах и содержит 29 таблиц и 34 рисунка.
Анализ проблем функционирования поездной радиосвязи
Одной из основных задач применения цифровых сетей поездной радиосвязи на железнодорожном транспорте, в том числе, на высокоскоростных железных дорогах [88, 96-99], является обеспечение безопасности движения поездов [34, 50, 51]. При этом, основными функциями цифровой ПРС являются следующие: – функции передачи речи (индивидуальный и групповой вызовы); – функции передачи данных (передача пакетов). Применение цифровых систем позволяет не только существенно расширить функциональные возможности сетей ПРС, но и улучшить такие ее показатели, как надёжность, готовность, ремонтопригодность и безопасность (RAMS). Таким функционалом обладают стандарты радиосвязи, разработанные с учётом специфики требований железных дорог институтом ETSI (European Telecommunications Standards Institute – Европейский институт стандартов в области телекоммуникаций): TETRA (TErrestrial Trunked RAdio), DMR (Digital Mobile Radio), GSM-R (Global System for Mobile communications – Railway), LTE-R (Long Term Evolution – Railway), которые применяются на железных дорогах разных стран. Однако, на железнодорожном транспорте в Узбекистане ни одна из этих технологий не применяется. Помимо высокой стоимости этих систем, одной из определяющих причин является сложность получения разрешения на использование радиочастот у ГКРЧ (Государственная комиссия по радиочастотам). В связи с этим более предпочтительными для использования являются технологии, для использования которых не требуется получение разрешения в ГКРЧ.
Кроме того, большое внимание уделяется энергоэффективным технологиям передачи данных и созданию так называемого «Интернета Вещей». Отдельного внимания заслуживают технологии, которые позволяют передавать большие объемы информации и тем самым заменить собой кабельные линии связи, особенно в местах, где использовать кабельные линии практически невозможно. Технология АОЛС (атмосферные оптические линии связи) является альтернативой традиционным беспроводным линиям радиосвязи и оптоволоконным линиям связи, а в ряде случаев даже имеет перед ними существенные преимущества. Преимуществом АОЛС является отсутствие необходимости получения разрешения на использование частот в ГКРЧ.
На железнодорожном транспорте АОЛС могут быть полезны для решения таких задач, как: организация связи «точка-точка»; соединение локальных сегментов сети связи; резервирование оптоволокна; связь «последней мили»; связь с подвижным объектом (включая клиентскую связь) и др.
Для развертывания системы АОЛС требуется лишь электроэнергия и возможность закрепления приемо-передатчика на стационарной платформе, благодаря чему связь может быть организована очень быстро. Это позволяет реализовывать, в том числе и временные решения, такие как массовые мероприятия или рабочие встречи в местах, где отсутствует скоростной широкополосный доступ в интернет. Для работы АОЛС требуется прямая видимость. При проверке наличия прямой видимости следует предусматривать зазоры между центром луча и любыми препятствиями, равные радиусу луча (поскольку в системе используется расширение луча).
Главным недостатком АОЛС является их подверженность влиянию атмосферных явлений (ослабление, мерцание и др.), которые могут понизить значение коэффициента готовности линии. Используемый для связи узкий оптический луч также определяет более критические требования по точности установки терминала лазерной связи по сравнению с аппаратурой обычных систем радиосвязи.
Одной из важных задач на современном этапе развития телекоммуникационных технологий является построение энергоэффективных систем, позволяющих передавать малый объем информации на большие расстояния. К там системам относятся системы LPWAN.
Кроме энергоэффективности любые беспроводные технологии передачи данных обладают такими техническими характеристиками как дальность связи и скорость передачи. Причем одновременно система может соответствовать лишь двум характеристикам из трех (рисунки 1.4 и 1.5).
Нормативные значения коэффициентов готовности элементов сети ПРС
К аппаратуре ПРС относятся: распорядительная станция (СР), возимая радиостанция (РВ), носимая радиостанция (РН), стационарная радиостанция (РС). Для каждого элемента может быть найдена фактическая и требуемая готовность. Фактическая готовность определяется по статистическим данным, а требуемая - по нормам (стандартам), предъявленным к данной аппаратуре. Требуемое значение коэффициента готовности аппаратуры (СР, РС, РВ) рассчитывается с учетом следующих характеристик: среднее время наработки на отказ - 45 000 ч; среднее время на восстановление работоспособности - 0,5 ч.
В соответствии с Рекомендацией G.602 [ПО] для условной эталонной цепи протяженностью 2500 км кабельной аналоговой системы передачи КГ . ПК 0,996. При этом принимаются во внимание все отказы (аппаратуры преобразования, линейной аппаратуры, кабеля, устройств электропитания). Для достижения этой величины может потребоваться соответствующее переключение на резерв. Учитывая, что пользователю безразлично, какие технические средства используются для организации предоставляемых ему каналов и трактов, ту же норму (КГ . ПК 0,996) следует распространить не только на кабельные аналоговые системы передачи, но также и на другие системы. 2.4.3 Коэффициент готовности радиоканала сети ПРС
Одной из наиболее важных составляющих при расчете значения коэффициента готовности поездной радиосвязи является готовность радиоканала. Для оценки коэффициента готовности радиоканала используем подход, предложенный в работах [33, 48, 49]. Если говорить о готовности радиоканала в общем виде, то она зависит от различных факторов, среди которых следует выделить: - условия распространения радиоволн, определяющие возможность доставки сигналов (кгрр); - поддержание синхронизации радиостанций (кгсшх); - наличие взаимных внутрисистемных помех (кгш); - наличие взаимных межсистемных помех (кгмп); - наличие радиоэлектронного подавления со стороны противника (кгш). С учетом перечисленных факторов, результирующее значение коэффициента готовности радиоканала может быть найдено по формуле:
При корректном формировании частотного плана сети ПРС гарантированно обеспечивается как внутрисистемная, так и межсистемная электромагннитная совместимость радиоэлектронных средств, поэтому множители кгш, кгмп будут равны единице. Также введем следующие ограничения и допущения: синхронизация радиостанций не требуется, поэтому и кгсиш = 1; радиоэлектронное подавление со стороны противника в сетях ПРС отсутствует и вероятность его применения близка к нулю, следовательно кгш = 1. Таким образом, на коэффициент готовности радиоканала рассматриваемой сети ПРС влияет только множитель кгрр (коэффициент готовности по радиопокрытию), т.е. КГРК=КГРР. Коэффициент готовности по радиопокрытию - это вероятность того, что уровень сигнала от рассматриваемой стационарной радиостанции на входе возимой радиостанции при ее нахождении в произвольной точке рассматриваемого участка окажется выше минимально допустимого значения.
В дальнейшем при расчете коэффициента готовности сети ПРС будем рассматривать только данный множитель.
Согласно [84], надежность технологической радиосвязи в диапазонах волн 2 МГц, 160 МГц, 460 МГц (стандарт TETRA) и 900 МГц (стандарт GSM-R) по месту и времени должна быть не ниже 95% (0,95).
Отметим, что если при выполнении расчета значение коэффициента готовности одного из элементов сети принимает минимальное значение, то результирующее значение готовности сети ПРС выше, чем данное значение быть не может.
Наиболее протяженным и значимым каналом в сети ПРС является канал типа 1 (см. табл. 2.3), поскольку наличие связи между ДНЦ и ТЧМ является обязательным условием обеспечения управления и безопасности движения поездов. Результирующее значение коэффициента готовности канала данного типа будет меньше, чем у канала любого другого типа, Поэтому для расчета значения коэффициента готовности сети ПРС будем рассматривать канал первого типа: Значения коэффициентов готовности элементов сети ПРС подразделяют на: - требуемую готовность, заданная в нормативных документах; - фактическую готовность, рассчитываемую по статистическим данным и по результатам экспериментальных измерений. Для нахождения фактической готовности по радиопокрытию /-ой РС (КГ.РК) необходимо использовать результаты радиоизмерений, выполненных вагоном лабораторией. Для расчета значения коэффициента готовности сети ПРС будем использовать две модели [71]: 1 Модель сети ПРС для расчета усреднённого значения коэффициента готовности каналов связи данной сети (далее – Модель №1). 2 Модель сети ПРС для расчета интегрального значения коэффициента готовности всей сети (далее – Модель №2). В этих двух моделях используется разный подход к расчету коэффициента готовности по радиопокрытию.так как в состав этого канала входит наибольшее количество элементов сети ПРС [69, 71].
Составляющие времени, затраченного на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи
В зависимости от назначения сетей связи определяются требования к коэффициенту их готовности КГ. Если значение коэффициента готовности КГ не удовлетворяет предъявляемым требованиям, то необходимо принять меры по его увеличению.
При этом необходимо учитывать, что практическая реализация того или иного способа повышения значения коэффициента готовности требует использования материальных ресурсов. В условиях ограниченных материально-финансовых ресурсов необходимо определить оптимальный способ повышения коэффициента готовности КГ.
Вопросом повышения значения коэффициента готовности занимались авторы работ [15, 17, 25, 33, 48, 49].
В работах [15, 25] освещены вопросы о составляющих времени, затрачиваемого на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи, а также рассмотрены методы расчета значения коэффициента готовности.
Для повышения значения коэффициента готовности могут быть использованы те или иные способы влияния на значение времени, затраченного на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи, от которого зависит и значение коэффициента готовности [56, 64, 71]. Целью данной главы диссертации является разработка методики расчета зависимости значения коэффициента готовности от стоимости реализации использованных способов снижения времени на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: 6. Проанализировать составляющие времени, затрачиваемого на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи; 7. Выявить способы снижения времени, затраченного на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи; 8. Разработать методику выбора рационального способа повышения значения коэффициента готовности в зависимости от стоимости реализации использованных способов снижения времени на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи. 4. Разработать математические модели для расчета коэффициента избыточности (структурная, временная, функциональная) сети ПРС. Рассмотрим все эти задачи.
При количественном описании свойства ремонтопригодности, которое присуще только восстанавливаемому объекту, время восстановления является случайной величиной, зависящей от целого ряда факторов: характера возникшего отказа; приспособленности объекта (устройства, установки и др.) к быстрому обнаружению отказа; квалификации обслуживающего персонала; наличия технических средств; быстроты замены отказавшего элемента в объекте и др. Значение коэффициента готовности КГ зависит от среднего времени, затраченного на восстановление работоспособности системы после отказа. Как известно, чем меньше время, затраченное на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи (tв), тем выше значение коэффициента готовности.
Время, затраченное на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи, определяется выражением: п К=Ъ г (3.1) г=1 Время tв может включать следующие основные составляющие: – время на поиск места отказа; – время на оповещение и сбор бригады; – время подъезда ремонтных подразделений к месту аварии (отказа); – время на осмотр объекта (выявление отказавшего блока); – время простоя из-за отсутствия запасных элементов; – время на регулировку и настройку объекта после устранения отказа. Рассмотрим, какими способами можно повлиять на время восстановления работоспособности сетей и средств радиосвязи и тем самым повысить значение коэффициента готовности.
В таблице 3.1 представлены составляющие времени, необходимого для восстановления сетей и средств радиосвязи и возможные способы управления этим временем: – оптимизация мест дислокации ремонтных подразделений; – внедрение системы мониторинга (выявление предотказных состояний и получение информации о происходящих отказах); – наличие аварийно-восстановительного запаса; – установка аппаратуры в горячем резерве. Таблица 3.1 – Способы управления значением коэффициента готовности сетей и средств радиосвязи с соответствующими коэффициентами Xij №123 45 6 Составляющие времени навосстановлениеработоспособности сетей исредств радиосвязи Коэффициенты Xij, учитывающие уменьшениесоставляющих времени на восстановлениеработоспособности сетей и средств радиосвязи приреализации различных способов снижения этоговремени
Внедрение системы мониторинга Способ №1 Способ №2 Способ №3 Способ №4 Способ №5 время на поиск места отказа, t1 Хц=1 х12=о Х13=0 Х14=1 х15=о время на оповещение и сбор бригады,t2 X2i=l х22=о Х23=1 Х24=1 х25=о время подъезда бригады к месту аварии (отказа),t3 Хз i=0 1 х32=о Х33=1 Х34=1 Хзз=0 время на осмотр объекта (выявление отказавшего блока),t4 X4i=l (Х42=0 х43=о Х44=1 х45=о время простоя из-за отсутствия запасных элементов,t5 x51=i х52=о Х53=1 х54=оч х55=о время на регулировку и настройку объекта после устранения отказа,t6 Хбі=1 х62=о Хб3=1 Хб4=1 хб5=о В общем виде время, затрачиваемое на восстановление сетей и средств радиосвязи при использовании тех или иных способов снижения этого временем, может быть определено по формуле: п (X-minJQ), (3.2) г=1 } гдеХу - коэффициент, учитывающий уменьшение составляющей времени / на восстановление за счет применения способа типа j. Значение данного коэффициента находится в диапазоне от 0 до 1; U - составляющая / времени на восстановление системы; п - количество составляющих времени на восстановление системы. Рассмотрим подробно каждый из способов управления и то, каким образом он влияет на время восстановления сетей и средств радиосвязи. 1. Оптимизация мест дислокации ремонтных подразделений. Важной составляющей, влияющей на общее время восстановления работоспособности сетей и средств радиосвязи, является время подъезда ремонтных подразделений к месту отказа t3. На это время можно повлиять за счет оптимального выбора мест дислокации ремонтных бригад, (C3i=0 1). Очевидно, что увеличение количества ремонтных подразделений приводит к уменьшению времени устранения отказа. Однако, возможность увеличения количества ремонтных подразделений необходимо в каждом случае оценивать индивидуально для каждого участка, учитывая при этом экономическую целесообразность данного решения. 2. Организация системы мониторинга возможна благодаря наличию в радиостанциях нового поколения средств самодиагностики. При внедрении системы мониторинга можно выявлять предотказные состояния средств радиосвязи, за счет чего мы исключаем отказ и полное время на восстановление, следовательно te=0. При помощи системы мониторинга можно получать информацию о происходящих отказах, тем самым уменьшая следующие составляющие времени на восстановление: - время на поиск места отказа, Ci3=0,tj=0; - время на осмотр объекта (выявление отказавшего блока), С43=0, t4=0. Таким образом, время, затраченное на восстановление работоспособности сетей и средств радиосвязи, будет складываться из следующих составляющих: .= 2+ 3+ 5 . (3.3) Внедрение системы мониторинга позволит заблаговременно выявлять наиболее слабые места в работе радиосети и формировать перечень необходимых мероприятий для повышения надежности ее функционирования. 3. Наличие аварийно-восстановительного запаса (АВЗ). При наличии АВЗ можно повлиять на время простоя из-за отсутствия запасных элементов, t5,(С54=01). Аварийно-восстановительный запас согласно [87] должен составлять 5-10% от эксплуатируемого парка средств радиосвязи. 4. Установка аппаратуры в горячем резерве. При обнаружении отказа (или предотказного состояния) происходит автоматическое переключение на резервную аппаратуру, тем самым мы минимизируем время восстановления и в идеале полное время на восстановление tв=0. Данный способ управления является наиболее дорогостоящим, так как фактически требует установки аппаратуры в двойном количестве.
Как видно из таблицы 3.1, наиболее эффективными способами снижения времени восстановления работоспособности радиосети являются: организация системы мониторинга состояния аппаратуры и радиоканалов и установка аппаратуры в горячем резерве. Каждый из этих способов позволяет фактически свести время восстановления к нулю и тем самым обеспечить максимально возможное значение коэффициента готовности. Однако, эти способы повышения значения коэффициента готовности сети радиосвязи являются и самыми дорогостоящими.
Предложенная формула дает возможность рассчитать значения времени восстановления системы при использовании как каждого способа управления временем восстановления по отдельности, так и всевозможных комбинаций этих способов.
Поскольку выбор того или иного способа сокращения времени восстановления сети радиосвязи, а следовательно и повышения значения коэффициента ее готовности, во многом зависит от имеющихся финансовых ресурсов, то целесообразно иметь инструмент, позволяющий оценить возможности повышения значения коэффициента готовности в условиях ограниченных финансовых ресурсов.
Методика оценки обеспеченности нормативной базой, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах их жизненного цикла
В соответствии с [19, 45, 91, 104, 106] жизненный цикл – период времени от начала замысла системы (изделия или процесса) и заканчивающийся, когда она теряет способность к функционированию в соответствии с назначением, снимается с эксплуатации и утилизируется. В нашем случае мы говорим о сети поездной радиосвязи, которая является уникальной по своей структуре и состоит из отдельных элементов – стационарные радиостанции, возимые радиостанции, распорядительные радиостанции, проводной канал и радиоканал.
Жизненный цикл сети (аппаратуры) поездной радиосвязи будем рассматривать с точки зрения его обеспеченности нормативной документацией. При этом для упрощения используем укрупнение этапов жизненного цикла: – проектирование сетей поездной радиосвязи с применением аппаратуры (далее проектирование); – внедрение; – эксплуатация; – техническая эксплуатация; – снятие с эксплуатации и утилизация. Следует помнить, что одной из важнейших задач, которые необходимо решать в процессе всего жизненного цикла аппаратуры поездной радиосвязи, является обеспечение охраны труда (безопасность жизнедеятельности человека на рабочем месте). Поэтому при оценке обеспеченности нормативной документацией будем оценивать и наличие документов, регламентирующих обеспечение охраны труда на всех этапах жизненного цикла. Рассмотрим и дадим понятия каждого этапа жизненного цикла, а также понятие охрана труда. Проект ирование – процесс определения структуры и других характеристик сети или её части. Проектирование является важным этапом жизненного цикла, определяющим качество функционирование сети в дальнейшем. Внедрение – это комплекс специфических задач, выполнение которых позволяет добиться реальной эксплуатации аппаратуры в организации сети поездной радиосвязи. Эксплуатация – часть жизненного цикла аппаратуры, на протяжении которого она используется по назначению. Техническая эксплуатация – сочетание технических и организационных действий, направленные на удержание или восстановление такого состояния аппаратуры, в котором она способны выполнять требуемую функцию. Снятие с эксплуатации и утилизация.
Снятие с эксплуатации – событие, фиксирующее невозможность или нецелесообразность дальнейшего использования по назначению и ремонта изделия и документально оформленное в установленном порядке [79]. При этом снятие с эксплуатации в основном происходит тогда, когда внедряется новая аппаратуры (или система). Есть некий период, когда обе системы должны работать одновременно, этот период сложно формализовать и описать, но это необходимо для обеспечения безопасности движения. Если говорить о безопасности движения поездов, за которую несет ответственность поездная радиосвязь, то необходимо перейти с одной действующей системы на другую, без вреда для работы поездной радиосвязи. Для этого необходимо подготовить ряд документов, обучить персонал и т.д.
Конечным этапом жизненного цикла является ут илизация. Правильная организация этого этапа позволит значительно снизить воздействия на окружающую среду, а в некоторых случаях обеспечить экономию материальных ресурсов [31].
Охрана труда – система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности [100].
Для разработки методики оценки обеспеченности нормативной базой, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах их жизненного цикла, рассмотрим в качестве примера нормативную базу, которую в настоящее время применяют на железных дорогах Республики Узбекистан.
Методика оценки обеспеченности нормативной базой, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах жизненного цикла сети Разработка способа оценки обеспеченности нормативной базой, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах жизненного цикла сети, является нетривиальной задачей. Описать математически взаимосвязь между обеспеченностью нормативной документацией и значением коэффициента готовности весьма затруднительно. Однако совершенствование нормативной базы позволяет повысить: качество радиопокрытия за счет улучшения качества проектирования сетей; эффективность технического обслуживания сетей и средств радиосвязи и т.д. [67].
Каждый нормативный документ является уникальным и несет в себе определенные сведения о средствах ПРС. Проведённый анализ показал, что нет ни одного документа, который бы полностью регламентировал организацию сетей ПРС на всех этапах жизненного цикла. Вопросы снятия с эксплуатации и утилизации в имеющихся документах не рассматриваются. Некоторые документы несут только общую информацию об аппаратуре, которая применяется для организации сети поездной радиосвязи на одном и/или нескольких этапах ее жизненного цикла. В других документах содержится информация о конкретной аппаратуре, но только для определенного этапа жизненного цикла сети. Но нельзя забывать и о таком важном требовании, как мониторинг систем и сетей радиосвязи, целью которого является своевременное выявление и устранение проблем их функционирования. Требования к мониторингу есть только в документах на новую аппаратуру.
Каждый этап жизненного цикла аппаратуры ПРС имеет свою специфику, которая должна быть учтена при оценке его обеспеченности нормативными документами. Для получения численной оценки обеспеченности нормативной базой, регламентирующей организацию сетей поездной радиосвязи на всех этапах жизненного цикла сети, разделим нормативную базу на два вида документов (общий и частный). Введем понятия этих двух видов документов. Под общим документом понимается документ, содержащий общие требования к применяемой аппаратуре (стационарная радиостанция, возимая радиостанция и т.д.), на данном этапе жизненного цикла. Под частным – документ, содержащий требования к конкретной аппаратуре (указан тип аппаратуры), которая эксплуатируется при организации поездной радиосвязи на данном этапе жизненного цикла. К частным документам относятся «Технологические карты», «Руководство по эксплуатации средств радиосвязи» и др.[63].