На правах рукописи

ЧЕСТА АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ЖИВУЧЕСТЬЮ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И БЕЗОПАСНОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ: ПРИНЦИПЫ, МЕХАНИЗМЫ, ИНСТРУМЕНТЫ

Специальности:

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами

и производствами (на транспорте);

05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2009

Диссертация выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)

Защита состоится 29 декабря 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 218.010.03 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан л 27 ноября 2009 г.

.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.010.03

доктор технических наук, доцент М.А. Бутакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Качество перевозочного процесса на железнодорожном транспорнте определяется скоростью и безопасностью доставки грузов и пассанжиров к месту назначения. В определенной степени тенденции изменения этих показателей имеют взаимно противоречивые направления. Попытка увеличения скорости перевозки снижает ее безопасность, а повышение безопасности может быть достигнуто снижением скорости перемещения грузов и пассажиров. В этой связи эти показатели следует учитывать и рассматривать одновременно при постановке и реализации целей управления железнодорожной транспортной системой страны.

Безопасность движения не следует сводить только к надежности и безотказности функционирования устройств железнодорожного транспорта. Она должна пониматься гораздо шире, быть органически связана с живучестью как системы в целом, так и ее отдельных подразделений. Дополнительно при рассмотрении указанных категорий (живучесть и безопасность) необходимо учитывать организационные, экономические, технико-технологические, правовые и даже политические аспекты функционирования транспортного комплекса страны.

Например, в рыночных условиях функционирования отрасли ее конкурентоспособность (экономический показатель) прямо выступает как фактор живучести и безопасности. Действительно, снижение конкурентоспособности железнодорожного транспорта уменьшает грузопотоки по железным дорогам в пользу иных транспортных систем (автомобильного, трубопроводного, воздушного, водного), финансовые поступления и как следствие возможности развития, в том числе и систем безопасности.

В этой связи в работе актуализируются нетрадиционные для исследования живучести железнодорожной отрасли и безопасности движения сферы: менеджмент управления, организационно-экономические (инфраструктура и критерии функционирования), технико-технологические и иные аспекты.

Безусловно, что и скорость и безопасность движения в первую очередь занвисят от надежности функционирования систем железнодорожной авнтоматики и телемеханики (СЖАТ). Отказы данных систем приводят к задержкам поездов, а в худшем случае могут приводить к аварийным ситуациям и катастрофам.

Вместе с тем, обеспечение высокого уровня безотказности и безопасности СЖАТ является непростой научно-технической проблемой. Трудности ее решения определяют особенности СЖАТ: непрерывный характер работы во времени; длительный срок службы; шинрокое распространение систем по всей стране; серийное производство систем в больших количествах на электронтехнических заводах; сложные (и различные по зонам и регионам) климатические; диннамические и электронмагнитные условия работы.

В этой связи особое значение в настоящее время приобретает проблема доказательства и оценки живучести и безонпасности СЖАТ. Ранее при разработке механических и релейных систем диагностики и управления эта проблема в строгой постановке не ставилась1

.

Особое значение эта проблема имеет для систем горочной автоматизации: если системы обеспечения безопасности на участках движения доведены до четвертого (наивысшего) уровня, то в данной сфере присутствует и второй и даже первый уровни.

Остроту проблеме придает расширяющаяся интеграция России в мировое экономическое сообщество. По ее территории проходят важнейшие транспортные коридоры. В связи с этим механизмы и уровни обеспечения безопасности на дорогах мира и России должны быть согласованы.

В недостаточной мере в науке и практике управления железнодорожным транспортом представлены системы обеспечения живучести и безопасности, основанные на интеллектуализации основных технологических и управленческих процессов.

Степень разработанности проблемы.

Значительный вклад в разрешение задач автоматизации управления перевозочным процессом, обеспечения безопасности движения поездов с помощью средств автоматики, телемеханики и связи внесли известные ученые: В.М. Алексеев, В.М. Абрамов, Л.А. Баранов, И.В. Беляков, П.Ф. Бестемьянов, А.М. Брылеев, М.Н. Василенко, А.В. Горелик, В.Ю. Горелик, Д.В. Гавзов, И.Е. Дмитренко, В.Н. Зубков, В.Н. Иванченко, Н.Ф. Котляренко, Ю.А. Кравцов, И.М. Кокурин, В.М. Лисенков, Н.К. Модин, Б.Д. Никифоров, А.С. Переборов, Н.Ф. Пенкин, С.М. Резер, Е.Н. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Д.В. Шалягин, В.И. Шаманов, В.И. Шелухин и многие другие.

Проблемы интеграции отечественного железнодорожного транспорта в рыночные условия хозяйствования, конкурентоспособного и эффективного развития в системе мирового экономического хозяйства раскрыты в работах стратегического менеджмента отрасли В.И. Якунина, В.А. Гапановича, В.М. Кайнова, С.Е. Ададурова, А.Г. Тишанина.

Мантематические вопросы общей теории надежности и решение соответствующих прикладных задач опубликовали в своих трудах Ю.К. Беляев, А.И. Берг, Н.Г. Бруевич, Б.В. Гнеденко, Г.В. Дружинин, А.М. Половко, Д. Нейман, А. Пирс, К. Барлоу, С. Прошан и другие специалисты. Работы этих ученых послужили основой исследований, посвященных надежности и безонпасности систем железнодорожной автоматики.

Вместе с тем, в настоящее время широкий спектр затронутых проблем функционирования железнодорожного транспорта рассматривается в научной литературе обособленно, вне связи друг с другом. Кроме того, требуют рассмотрения через призму безопасности движения стратегические задачи развития отрасли, поставленные высшим менеджментом ОАО РЖД:

- управление компанией на основе учета экономических критериев;

• инновационное развитие отрасли.

Это определило цель и задачи исследования.

Цель диссертационного исследования - разработка принципов, механизмов и технологий обеспечения живучести систем железнодорожного транспорта и безопасности движения поездов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• проанализировать состояние и перспективы развития систем безопасности, механизмов обеспечения живучести на железнодорожном транспорте, сформировав актуальные направления научного исследования;
• развить категориальный аппарат исследования и осуществить классификацию факторов обеспечения безопасности функционирования железнодорожного транспорта;
• разработать концепцию управления безопасностью движения поездов;
• разработать алгоритмы и математический аппарат мониторинга и управления живучестью систем железнодорожного транспорта и безопасностью движения;
• усовершенствовать организационно-экономическое и технико-технологическое обеспечение живучести и безопасности функционирования отрасли;
• внедрить разработанные в диссертации методы и методики в практику деятельности отрасли, научные исследования и учебный процесс.

Объект исследования: объекты инфраструктуры железнодорожной отрасли, осуществляющей перевозку грузов и людей, обеспечивающие системы и устройства.

Предмет исследования: организационные механизмы и математические методы обеспечения живучести и безопасности функционирования железнодорожного транспортного комплекса в целом, его отдельных подсистем и устройств.

Исследования проводились в рамках следующих пунктов паспортов заявленных специальностей:

- по специальности 05.13.06 - автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте): п. 4 - Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация, п. 13 - Теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатации;

- по специальности 05.22.08 - управление процессами перевозок: п. 6 -Методология и системы обеспечения безопасности движения.

Рабочая гипотеза исследования:

Повышение живучести систем железнодорожного транспорта и безопасности движения поездов предполагается осуществить за счет:

а) развития комплексного подхода к решению проблемы, включающего организационное, экономическое, методологическое (математические аспекты, нормативные), техническое, технологическое обеспечение.

б) изменения парадигмы обеспечения живучести и безопасности. Переход от концепции недопущения сбоев и восстановления работоспособности и безопасности к управлению живучестью и безопасностью. Новая парадигма включает: мониторинг живучести и безопасности текущей и будущей (моделирование динамики и прогноз), упреждающее управление этими показателями.

в) интеллектуализации систем и процедур управления движением поездов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обеспечение живучести систем железнодорожного транспорта и безопасности движения на железных дорогах страны тесным образом связано с экономическим состоянием отрасли в целом (необходимо выстроить устойчивый транспортный ценоз), и субъектов рынка транспортных услуг, в частности, а также с уровнем развития менеджмента соответствующих организаций, что требует расширения исследований на сферы организации транспортных услуг, экономики, политики корпоративного строительства.
2. Дальнейшее развитие теории живучести и безопасности транспортных процессов и объектов невозможно без совершенствования формализованных (математических) подходов к анализу состояния и тенденций изменения параметров живучести и безопасности, синтезу соответствующих систем управления.
3. Основной руководящей идеей современного периода развития теории живучести систем автоматизации на транспорте и безопасности движения должна стать прогнозируемая и гарантированная безопасность. Она обеспечивается комплексом мер, предусматривающих разработку специальной схемы упреждения нежелательного состояния (поэтапной, контролируемой потери соответствующего качества).
4. Политика отрасли в данной сфере должна предусматривать переход от планово-периодического, эксплуатируемого сегодня, к планово-прогнозируемому контролю живучести и безопасности.
5. В основу обеспечения живучести и безопасности транспортного обслуживания экономики страны и ее населения следует положить идею интеллектуализации процессов мониторинга, контроля, диагностики и управления транспортными процессами.

Научная новизна исследований:

1. Усовершенствован категориальный аппарат исследования, введением векторного представления о живучести и безопасности транспортных систем, обобщающего существующие постановки задачи. Введено определение живучести транспортных систем для непрерывно меняющегося критического параметра исследования (например: времени, скорости и т.д.).

2. Разработана авторская концепция обеспечения живучести и безопасности железнодорожного транспорта, основанная на синтезе адаптивного алгоритма, включающего процедуры:

- управления по обратной связи;

- по возмущению;

- упреждающего управления по прогнозу состояния.

Внедрение этой концепции позволит перейти от нормативно-планового обеспечения заданных уровней безопасности и живучести к управлению по состоянию объекта.

3. Систематизированы и развиты модели многокритериального анализа безопасности и живучести, включающие комплекс методов: свертки, главного критерия, максимальной алгоритмической надежности, Парето, минимизации риска, композиции критериев. Рассмотренный комплекс позволяет решить задачи оценки и управления безопасностью и живучестью объекта при различных условиях его функционирования.

4. Выведены расчетные формулы параметров живучести систем массового обслуживания для последовательного и параллельного соединения элементов сети, а также исследована живучесть резервируемых систем железнодорожного транспорта.

5. Разработан итеративный алгоритм мониторинга безопасности в АСУ железнодорожного транспорта, включающий механизмы пассивной и активной диагностики объекта исследования.

6. Предложены методы и механизмы интеллектуализации сортировочных процессов, обеспечивающие повышение надежности и качества функционирования сортировочных горок (СГ).

7. Усовершенствованы схема и принципы обеспечения безопасности на железных дорогах Европы.

8. Предложено организационно-экономическое обеспечение безопасности отрасли, основывающееся на анализе рисков развития и создании транспортного ценоза.