Введение к работе
Актуальность проблемы. Работа железнодорожного транспорта в новых экономических условиях требует уделить особое внимание вопросам эффективного управления. Снижение роли долгосрочного (стратегического) планирования и повышение роли оперативного управления требует применения технических средств управления движением поездов, созданных по технологии, способной приспосабливаться к изменению интенсивности, характера и направлений грузо и пассажиропотоков. Гибкое реагирование на изменение спроса на перевозки находит отражение в изменении графика движения поездов, составленного на основе долговременного прогноза.
Однако при организации движения поездов преобладают задачи оперативного управления. Реализация в современной системе единства и взаимодействия оперативного, перспективного и стратегического планирования перевозочного процесса обеспечит эффективное управление, как на некотором ограниченном участке, так и на всей сети. В то зке время, работа железнодорожного транспорта основана на сфоршровавшейся управленческой структуре. В соответствии с ней разрабатывались и внедрялись технические средства информационного обмена. Применение этих технических средств определяло характер и объемы информации, необходимой в процессе управления. Одним из основных принципов построения системы управления движением поездов (СУДП) является непосредственная взаимосвязь всех ее функциональных уровней, когда каждому вышестоящему уровню поступает информация, обработанная на предыдущем. Это исключает необходимость многократной обработки информации и связанные с этим ошибки, а также позволяет существенно сократить объемы информационного обмена. Одним из основных требований, предъявляемых в настоящее время к информационному обеспечению перевозочного процесса является своевременность и достоверность данных о движении каждой единицы груза. Зачастую решение этой задачи требует изменения технологии управления перевозками, которая заключается в реструктуризации одних хозяйственных подразделений и служб и объединении других. В настоящее время осуществляется переход от четырехуровневой структуры управления железнодорожным транспортом к двух - трехуровневой. В этом случае оперативное управление перевозочным процессом передается на уровень упрлнле-ния дороги. При этом производится объединение зон обслуживания
- 4 -диспетчеров или, в некоторых случаях, их передислокация. В первом случае возрастает объем информации, предоставляемый диспетчеру и необходимой для принятия решений, а во втором требуется обеспечить доставку информации из района расположения контролируемого участка к месту расположения поста управления. В обоих случаях возрастает уровень требований к качеству информационного обеспечения, что вызвано ростом цены ошибки диспетчера в принятии решения из-за несвоевременности и недостоверности данных. В связи с этим особую важность приобретает задача создания оптимального информационного обеспечения процесса управления. Оптимальной в данном случае будет информация наиболее полно отражающая ход технологического процесса, но не загружающая диспетчера ненужными сведениями. При этом она должна быть достоверной в пределах допустимой ошибки управления.
Для обеспечения таких режимов управления необходимо создание технических средств, обеспечивающих достоверный ввод информации в систему и вывод ответственных управляющих приказов. В силу специфики технологии управления движением поездов, связанной с требованием обеспечения безопасности необходимо создание устройств способных обрабатывать.информацию с высокой верностью. Кроме того требуется обеспечить доставку технологической информации с высокой эффективностью и достоверностью, что может быть реализовано системами телемеханики, использующими процедуры сжатия данных.
Автоматизация невозможна без совершенствования технических средств управления движением поездов. В последние годы непрерывно совершенствуются системы железнодорожной автоматики и телемеханики (CHAT), модернизируется элементная база, разрабатываются системы диспетчерской и электрической централизации на базе микроэвм, ведутся работы по созданию автоматизированных систем управления перевозочным процессом.
К системам, создаваемым на новой элементной базе, относятся системы микроэлектронной блокировки АБТ, КЭБ, АВ-Е2; системы счета осей для контроля свободности перегона УКПСО; системы микропроцессорной диспетчерской ДЦ МПК и электрической централизации ЭЦ-Е и др.
Однако, переход на новую элементную базу порождает и новые проблемы по обеспечению безопасности данных систем, связанные с использованием элементов с симметричной характеристикой отказов.
Так как в этом случае безопасность системы обеспечивается, за счет применения специальных мер, например, различных видов резервирования и контроля, то необходимо подтверждение безопасности созданной системы на соответствие заданным и обоснованным количественным нормам с использованием различных методов.
Важным средством обеспечения безопасности на заданном уровне является сертификация новых систем КАТ на соответствие требованиям безопасности. Необходимость сертификации новых систем ЖАТ диктуется принятыми законами РФ "О сертификации продукции и услуг" и "О федеральном железнодорожном транспорте", предусматривающими обязательную сертификацию технических средств, поставляемых железнодорожному транспорту.
Указанные тенденции определяют возросшую актуальность решения центральной проблемы, возникающей при разработке новых систем HAT - проблемы обеспечения и доказательства их безопасности в целях сертификации.
Целью исследования является разработка и экспериментальная проверка методов и средств повышения эффективности функционирования и обеспечения безопасности систем железнодорожной автоматики и телемеханики, взаимоувязанных с задачами их сертификации.
Основными задачами работы являются следующие.
1.Анализ развития технических средств автоматизации управления движением поездов при изменении структуры управления железнодорожным транспортом. Разработка методов обеспечения эффективности и безопасности передачи, обработки и отображения информации в СУДП.
-
Разработка методических основ теории безопасности СЖАТ. Обобщение отечественного и зарубежного опыта обеспечения безопасности СЖАТ и разработка системы отраслевых нормативных документов "Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики".
-
Исследование информационных потоков для создания информационной базы СУДП. Разработка методики и средств экспериментального определения загрузки каналов ТУ-ТС.
4.Разработка методов и технических средств повышения эффективности и безопасности передачи ответственных команд.
5. Разработка методов определения норм безопасности СЖАТ. Определение уровня безопасности эксплуатируемых систем и разработка количественных требований безопасности и достоверности /да систем и устройств ЖАТ.
6. Разработка методических основ создания системы сертификации средств ЖАТ. Разработка методик экспертизы, испытаний и доказательства безопасности дискретных устройств ЖАТ. Организация сертификационных испытаний новых СЖАТ на микроэлектронной базе.
7.Разработка новых СЖАТ на микроэлектронной и компьютерной базе с применением полученных в диссертации результатов.
Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использовались аналитические и экспериментальные методы теорий информации, надежности, вероятности и математической статистики.
Достоверность научных положений обоснована теоретическими исследованиями и подтверждена экспериментальной проверкой в эксплуатационных и лабораторных условиях, результатами обработки статистических данных 6 работе систем СЖАТ в процессе длительной эксплуатации, положительным опытом эксплуатации устройств и систем, использующих разработанные методы и средства, и практической реализацией при проведении экспертизы и сертификационных испытаний вновь разрабатываемых систем ЖАТ на микроэлектронной и микропроцессорной базе.
Научная новизна. Определены основные понятия и разработаны методические основы теории безопасности СЖАТ. Определен закон распределения времени безопасной работы систем ЖАТ и разработаны методы определения норм безопасности. Получены экспериментальные оценки реального уровня безопасности существующих систем и устройств ЖАТ и определены количественные (вероятностные) требования безопасности для вновь разрабатываемых систем ЖАТ. Разработаны методика расчета показателей безопасности микроэлектронных систем, методики проведения экспертизы, испытаний, доказательства безопасности и сертификации дискретных устройств СЖАТ. Предложены методы исследования информационных параметров потока сообщений на уровне передачи информации от линейных пунктов ДЦ. определены основные источники избыточности телемеханической информации; создан новый способ кодирования, снижающий избыточность сообщений; исследованы методы повышения достоверности передачи сообщений подвергнутых процедуре сжатия; разработаны технические средства ввода информации в систему управления, передачи ее по каналам связи с использованием процедуры сжатия и реализации управляющих воздействий с высокой достоверностью инфор-
- 7 -мации.
Практическая ценность. Полученные в диссертационной работе научные результаты позволяют решить вопросы повышения эффективности функционирования систем оперативного диспетчерского управления движением поездов. Применение разработанных методов и средств расширяет функциональные возможности таких систем, открывая возможность создания качественно новых способов управления. Результаты работы позволяют нормировать показатели безопасности для разрабатываемых систем ЖАТ и оценить уровень безопасности эксплуатируемых, провести доказательство безопасности устройств и систем ЯАТ. Применение разработанных средств повышает эффективность контроля и обнаружения отказов, что повышает общий уровень безопасности функционирования СЖАТ.
Результаты диссертации рекомендуется использовать при разработке, эксплуатации и проведении сертификационных испытаний вновь разрабатываемых систем железнодорожной автоматики и телемеханики.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использовались при разработке и внедрении:
ЦШ МПС нормативных документов "Безопасность железнодорожной автоматики ц телемеханики". "Эксплуатационно-технических требований к перспективнім системам ДЦ"; организационно-методических документов по системе сертификации средств железнодорожной автоматики и телемеханики (сеть железных дорог РФ и Белоруссии);
ПТУ ПС электронной централизации стрелок и сигналов ЭНЦ; системы программного управления, оснащенной средствами технической диагностики; циклической распределительной системы телемеханики; диспетчерской централизации на базе микроэвм и программируемых контроллеров ДЦ-МПК (Октябрьская железная дорога и Петербургский метрополитен);
НИИЖА горочного программно-задающего устройства (ГПЗУ-В) (станции сети железных дорог СНГ); автоматизированного регистратора поездной информации АРПИ (Октябрьская железная дорога);
Проектно-изыскательским институтом "Гипротранссигналсрязь" системы электрической централизации на микропроцессорах ЭЦ-F. (Октябрьская железная дорога);
ПГУ ПС инфракрасного датчика контроля свободное участков пути ИДКС (Октябрьская и Прибалтийская железные дороги);
Полученные в работе теоретические и практические ін'.чулі-т.-ігп
нашли применение при проведении работ по экспертизе и подготовке к сертификации системы кодовой электронной блокировки КЭБ, системы микропроцессорной централизации ЭЦ-Е, автоматической переездной централизации разработки ГТСС; четырех систем счета осей для контроля свободности перегона УКП СО разработки УО ВНИИЖТ, АО Приборист, НПО Промэлектроника. ГосЦНИИРТИ; системы микропроцессорной автоблокировки АБ-Е2 разработки МИИТ, были использованы при разработке пятнадцати' отраслевых нормативных документов "Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики" и при аккредитации испытательной лаборатории и органа сертификации при ПГУ ПС.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на:
всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы совершенствования технологии перевозочного процесса на железнодорожном транспорте", г.Ленинград, 1979г.;
XIV. XV научно-технических конференциях кафедр БелИИЖТа и Лор.НТО Белорусской железной дороги, г.Гомель, 1979, 1980г.г.;
республиканской научно-технической конференции "Пути повыше
ния эффективности использования подвижного состава", г.Гомель.
1983г.;
всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы и устройства управления ответственными технологическими процессами", г.Москва, 1989г.;
Всесоюзной конференции "Применение микропроцессоров, микро и персональных ЭВМ", Миасс, 1930г. ;
Научно-практической конференции Октябрьской железной дороги и Ленметрополитена "Перспективы совершенствования систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи на Октябрьской железной дороге и Ленметрополитеяе". ЛИИІТ.-1990 г.;
V международной научной конференции "Наука и практика на транспорте", г.Варшава. 1990 г.;
I всесоюзном научно-практическом семинаре-совещании по проблемам чрезвычайных ситуаций. г.Ленинград, 1990 г.;
республиканской конференции "Микропроцессорные системы связи и управления на железнодорожном транспорте", г.Алушта, 1991 г.;
научно-практической конференции "Транспорт России. Проблемы и пути их решения". г.Суздаль, 1932 г.;
научно-практической конференции "Безопасность на транспорте".
- 9 -г. С-Петербург. 1992 г.;
научно-практической конференции "Проблемы железнодорожного транспорта решают ученые" С.-Петербург. 1994 г.;
международном симпозиуме "Безопасность перевозочных процессов". Москва, МШТ. 1995 г.;
международном семинаре "Безопасность СЖАТ. Методика испытаний и сертификации устройств СЦБ на безопасность", г. Катовице, ABB Zwus Signal, 1995 г. ;
II международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта". Москва, МИИТ, 1996 г.;
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 135 печатных работ, из них одна монография и 32 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений,, содержит' 298 с. основного текста, 18 таблиц, 100 рисунков. Библиография включает 196 наименований.