[01-2012] Теория вопросников и поиск неисправностей в УКСПС

[Admin]

Теория вопросников и поиск неисправностей в УКСПС

ВЛ. В. САПОЖНИКОВ, заведующий кафедрой ПГУПС, доктор техн. наук, профессор
Д.В. ЕФАНОВ, ассистент, канд. техн. наук
А.Н. ПАВЛОВ, аспирант

Техническое обслуживание устройств ЖАТ эксплуатационным штатом дистанций сигнализации, централизации и блокировки направлено на предупреждение и предотвращение отказов, но не всегда удается их избежать. Чтобы устраненить неисправность приходится тратить время на принятие решения, перемещение обслуживающего персонала к отказавшему объекту, поиск неисправности и ее непосредственную ликвидацию, и зависит оно от качества подготовки эксплуатационного персонала.

На сети дорог России применяется автоматизированная обучающая система для эксплуатационного персонала АОС-ШЧ, разработанная на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС [1]. Эта система внедрена более чем на ста дистанциях СЦБ. При построении обучающих систем поиска неисправностей используются информационный и логико-информационный методы. В первом поиск ведется по заранее известным последовательностям, описанным в специально разработанных диаграммах. Когда строится алгоритмы поиска неисправностей, используется схема «время-вероятность». В ней каждой неисправности приписывается вероятность возникновения (вычисляется на основании опытной эксплуатации), а также время на восстановление работоспособного состояния. Отношение этих величин и есть коэффициент эффективности. Сначала выполняются проверки, имеющие высокий коэффициент
эффективности, а дальше - по убыванию его величины [2]. Второй метод построения алгоритмов является модернизацией первого. В нем поиск разбивается на два этапа: определение отказавшего объекта (блока, схемного узла и др.) и дальнейшая идентификация неисправного элемента в структуре объекта [3].

Сейчас расширяются функциональные возможности АОС-ШЧ, разрабатываются новые обучающие курсы, совершенствуются подходы к их построению. Для обучающих систем целесообразно использовать методы технического диагностирования и поиска неисправностей в технических объектах [4]. Рассмотрим применение теории вопросников для построения блока обучения на примере устройств контроля схода подвижного состава. Результат исследования лег в основу синтеза блока в системе АОС-ШЧ.

Датчики УКСПС в виде П-об-разных планок (рис. 1) устанав-
ливаются между рельсами 2 и по обеим сторонам от них. Три датчика расположены на шпалах 6 внутри рельсовой колеи и два снаружи. Каждый датчик состоит из двух оснований 5, двух пальцев с накладкой 4 и кронштейна 3. Основания внутренних соседних планок соединяются с помощью перемычек. Основания наружных планок с внешней стороны подключены с помощью перемычек к кабельной концевой муфте 1. Цепь протекания тока выделена на рисунке красным цветом.

При срабатывании датчика устройств контроля подвижного состава в результате разрушения элементов конструкции подвижным составом увеличивается электрическое сопротивление цепи и выключается контрольное реле КС. Оповестительные и контрольные устройства на посту ближайшей станции сигнализируют о неисправности. При этом включается запрещающий сигнал на ближайшем по ходу движения светофоре.

Для построения алгоритма поиска неисправностей в УКСПС воспользуемся реальными данными об их отказах. Отказы функционирующих на Октябрьской дороге устройств контроля подвижного состава, полученные за три года по данным комплекса задач «Учет отказов», приведены в таблице. За это время возникло 18,2 тыс. отказов (в среднем 4,5 тыс. отказов в год). Наиболее
часто они происходили в путевых элементах УКСПС (16,3 тыс.). Это объясняется их расположением в непосредственной близости с железнодорожным полотном, подверженным максимальному влиянию подвижного состава и климатическим изменениям окружающей среды. Меньше всего отказов (166) в постовых устройствах СЦБ.

Используя приведенную статистику, перейдем к условным вероятностям возникновения отказов р(У|) - их доле в общем числе отказов за период эксплуатации.

Теория вопросников рассматривает широкий круг дискретных задач по распознаванию и идентификации различных событий. Вопросник позволяет определить классы разбиений исходного множества событий у, (в нашем случае 11 типов отказов УКСПС). Выделяются события (отказы структурных единиц) и вопросы, различающие отказы (множество элементарных проверок). Каждое событие имеет свой вес, условную вероятность возникновения отказа, каждый вопрос - вес р(х() и цену c(Xj). Весом является сумма весов исходов вопроса, а ценой - некоторое заранее известное положительное число, характеризующее, например, время проверки. Зная параметры веса событий и цену вопросов, можно характеризовать вопросник параметром цены обхода - среднего времени идентификации отказа. Эта величина вычисляется как сумма произведений цен вопросов на их вес. Чем меньше цена обхода, тем быстрее в среднем выполняется поиск неисправности.

Вопросник задается древовидным графом с одной корневой вершиной (первым вопросом), некоторым количеством промежуточных (промежуточные вопросы) и висячих вершин (идентифицируемые события). В графе вопросника в любую вершину входит только одна дуга и выходят несколько. Число исходящих дуг является основанием вопроса а(х). Вопросник, характеризующий взаимосвязь неисправностей в УКСПС, вероятностей их возникновения, времени восстановления работоспособного состояния, а также мест расположения структурных единиц показан на рис. 2. Промежуточные вопросы в нем обозначены вершинами желтого цвета, корневой вопрос - красного и идентифицируемые события - зеленого цвета. Вес событий и вопросов написан рядом с вершинами, цена вопросов - рядом с вершинами в скобках.

Цена обхода вопросника равна примерно 160. Это означает, что неисправность обнаруживается в среднем за 160 мин.

Разделим идентифицируемые события на группы: происходящие на посту и в устройствах, расположенных непосредственно вблизи железнодорожного полотна. Таким образом, корнем вопросника х0 является вопрос «В каком районе железнодорожной линии возникла неисправность?». Цена вопроса с, равная 1 мин, - это время, необходимое для реакции и принятия решения. Вопрос имеет два исхода с относительным весом 0,0091 и 0,9909, которым соответствуют цены, выраженные в минутах, требуемых для поиска неисправности.

Допустим, что неисправность ищет один специалист. Расстояние до напольной аппаратуры, находящейся в четырех километрах от поста, преодолевается пешком. На преодоление расстояния и визуальный осмотр устройств контроля подвижного состава понадобится примерно 120 мин, на поиск и устранение дефекта на посту - 10 мин. Таким образом, цена вопросов с(х,) равна 10 мин и с(х2) - 120 мин. В дальнейшем цена вопросов определяется, как сумма времени реализации предыдущего вопроса и времени на реализацию текущего.

Рассмотрим подвопросник с наименьшим весом 0,0091. В качестве корня он имеет вопрос х,, который можно сформулировать так: «В каком из постовых устройств произошёл дефект?». Вопрос имеет два исхода с относительным весом 0,0061 и 0,0030. Обратимся к подвопроснику с весом 0,9909. В качестве корня он имеет вопрос х2, формулируемый следующим образом: «Можно ли визуально определить место локализации дефекта?». Этот вопрос имеет четыре исхода с относительным весом 0,3672, 0,3303, 0,0900 и 0,2034. Три из них дают положительный ответ, если неисправность в изломе стойки, планки, либо кронштейна, четвертый исход-отрицательный. Далее проверяются объекты, в которых невозможно обнаружить дефект визуально. В подвопроснике с корнем х3 требуется получить ответ на вопрос «Есть ли потеря контакта в элементах устройства?». Цена, равная 130 мин, представляет собой сумму цены предыдущего вопроса и цены проверки контакта в элементах УКСПС, расположенных в шкафах у железнодорожного полотна. Последним вопросом х4 является: «В каком из напольных устройств отказ?». Его цена принята равной 145 мин.

Описанный вопросник не оптимален, поскольку не удовлетворяет известной теореме Клода Пикара. Приведение вопросника к такой форме, когда цена идентификации всех неисправностей минимальна, называется оптимизацией. Для ее реализации допустимы любые перестановки цен,веса и оснований. Наиболее эффективным алгоритмом оптимизации вопросников с полной системой вопросов является алгоритм П.П. Пархоменко.

Вначале создаем два списка. Первый включает в себя пары цен вопросов и их оснований (рис. 3), второй - вес идентифицируемых событий. В первом списке цены располагаются в невозрастающем порядке, основания - в неубывающем. Во втором списке вес событий ранжирован в неубывающем порядке. Далее, в соответствии с первой парой из первого списка ставим вопрос с первыми а весами из второго списка. Затем вычеркиваем из первого списка выбранную пару, а из второго - первые а весов и во второй список добавляем их сумму. В конце повторяем проделанные операции до тех пор, пока это возможно.

Оптимизированный вопросник приведен на рис. 4. Среднее время идентификации событий отказов устройств контроля подвижного состава сократилось примерно на 10 мин.

Сравнивая вопросники, приведенные на рис. 2 и 4, отметим, что для оптимизации перестановлены основания вопросов х3 и х4, а также перераспределены веса идентифицируемых событий. Это, в свою очередь, потребовало перефразировать вопросы х3 и х4: «Выявляется ли неисправность после проверки контакта стойки, сигнально-блокировочного кабеля, аппаратуры и оборудования шкафов?» и «Выявляется ли неисправность после проверки контакта в планке, а также реле, блоков элементов, монтажа напольного оборудования?» соответственно.

На основании результата расчетов построен блок обучения поиску неисправностей в УКСПС в системе АОС-ШЧ. Кадр из АОС-ШЧ, демонстрирующий один из шагов поиска, показан на рис. 5.
Технология построения систем обучения на основе теории вопросников позволяет получать оптимальные обучающие программы. Технический персонал, занимающийся поиском неисправностей в устройствах и восстановлением их работоспособного состояния, затрачивает минимальное время на принятие решения, поиск и непосредственное устранение дефекта.

Это повышает качество технического обслуживания устройств, на которое направлены все обучающие системы. В итоге улучшаются и экономические показатели эксплуатационной работы железных дорог.

Теория вопросников может быть использована при автоматизации поиска неисправностей в системах технического диагностирования и мониторинга, например, в АПК-ДК СТДМ. Для этого планируется оптимизировать и реализовать вопросники на программном уровне, адаптировать их к реальным устройствам, контролируемым в СТДМ, а также создать специальный модуль обработки данных в режиме реального времени с выдачей информационных сообщений (систему поддержки принятия решений).

ЛИТЕРАТУРА

1. Гриненко А.В., Нестеров В.В., Лабецкий В.Л. Автоматизированная обучающая система для дистанций сигнализации и связи / Автоматика, связь, информатика. - 2001, N° 11. с. 22-25.

2. Гриненко А.В., Лабецкий В.Л. Поиск отказов в устройствах СЦБ / Автоматика, связь, информатика. - 1990, N° 12, с. 25-28.

3. Нестеров В.В. Поиск неисправностей в устройствах ЖАТ / Автоматика. связь, информатика. - 2005, N° 4, с. 34-35.

4. Сапожников ВВ., Сапожников Вп.В. Основы технической диагностики / М.: Маршрут, 2004. 316 с. - ISBN 5-89035-123-0.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin