Розвиток наукових основ функціонування ергатичної системи «локомотивна бригада-поїзд»

Abstract

UA: Горобченко О. М. Розвиток наукових основ функціонування ергатичної системи «локомотивна бригада-поїзд». – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту. – Український державний університет залізничного транспорту МОН України, Харків, 2016. В результаті аналізу існуючих систем і засобів підвищення ефективності ергатичної системи «локомотивна бригада-поїзд» встановлено, що вони мають ряд обмежень і не гарантують запобігання аварій. Використання локомотивних СППР дозволить уникнути недоліків традиційних систем керування локомотивом. Розроблено модель прийняття керуючих рішень машиністом за допомогою теорії нечітких імовірнісних графів, що дозволило оцінити швидкість прийняття рішень машиністом. Запропоновано класифікувати фактори, які впливають на імовірність виникнення нештатних ситуацій (НС), по їхній природі на людський фактор, технічний фактор і зовнішні впливи. Визначено критерій оцінки дій людини при виникненні позаштатних ситуацій запропонований коефіцієнт, що характеризує здатність локомотивної бригади (ЛБ) запобігти розвитку транспортної події. За допомогою гібридної нейромережі отримане значення складності НС, що виникають у процесі керування поїздом. На підставі статистичних даних отримане гранично припустиме значення цієї величини. Основним критерієм роботи локомотивної СППР є корисність прийнятих рішень. У роботі корисність визначена в тривимірній системі координат залежно від складності НС, витрати енергії на рух поїзда, відхилення від графіка руху. Найбільш доцільною для використання ЛБ є СППР, що використовують імовірнісне завдання індивідуального прийняття рішень з векторним критерієм. Розроблено інформаційну модель прийняття керуючого рішення машиністом при веденні поїзда, що дозволяє визначити шляхи зниження інформаційного навантаження. В результаті розрахунків встановлено, що орієнтовна вартість впровадження СППР на один локомотив складає 64 тис. грн, а термін окупності становить 1 рік 7 місяців. RU: Диссертация посвящена решению актуальной научно-прикладной проблемы развития научных основ функционирования эргатической системы «локомотивная бригада-поезд» путем разработки интеллектуальных локомотивных систем поддержки принятия решений. В результате анализа существующих систем и средств повышения эффективности эргатической системы «локомотивная бригада-поезд» установлено, что они имеют ряд недостатков и не гарантируют предотвращения аварий. Кроме того, некоторые системы создают дополнительную психологическую нагрузку на локомотивную бригаду (ЛБ) и в отдельных случаях приводят к отвлечению от основных контролирующих и управляющих действий. Использование локомотивных СППР позволит избежать недостатков традиционных систем управления локомотивом. Разработана модель принятия управляющих решений машинистом с помощью теории нечетких вероятностных графов, что позволило оценить скорость принятия решений машинистом. Предложено классифицировать факторы, влияющие на вероятность возникновения нештатных ситуаций (НС), по их природе на человеческий фактор, технический фактор и внешние воздействия. Вероятность транспортного события предлагается рассматривать с точки зрения вероятности возникновения разных конфигураций этих трех компонентов. В качестве критерия оценки действий человека при возникновении нештатных ситуаций предложен коэффициент, характеризующий способность ЛБ предотвратить развитие транспортного события, с помощью которого определено воздействие на развитие аварий таких факторов, как качество подготовки ЛБ, психофизиологические свойства, внешние факторы, которые действуют на ЛБ во время поездки. С помощью гибридной нейросети получено значение сложности НС, возникающих в процессе управления поездом. На основании статистических данных получено предельно допустимое значение этой величины. Это дало возможность при разработке интеллектуальных СППР учитывать и прогнозировать воздействие управляющих действий машиниста на возникновение опасности. Основным критерием работы локомотивной СППР является полезность принимаемых решений. В работе полезность определена в трехмерной системе координат в зависимости от сложности НС, расхода энергии на движение поезда, отклонение от графика движения. Полезность действия в таком случае будет определяться нормой вектора, отложенного от начала координат к точке, которая определяется прогнозным значением указанных величин в результате того или иного решения, выработанного СППР. Полезность действия приведена к величине стоимости эксплуатации на прогнозный период. Соответственно наиболее полезные решения приводят к наименьшим затратам на эксплуатацию. Предложена математическая модель динамической базы знаний СППР, которая работает в двух режимах: «Накопление» (происходит пополнение и уточнение продукций) и «Использование» (СППР постоянно контролирует текущую поездную обстановку и сравнивает ее с существующими продукциями). Наиболее целесообразными для использования ЛБ являются СППР, использующие вероятностную задачу индивидуального принятия решений с векторным критерием. Анализируя условия работы ЛБ и режимы движения поездов, можно выделить следующие функции человека, которые оказывают непосредственное влияние на эффективность использования тягового подвижного состава и безопасность во время эксплуатации: распознавание НС; переведение штурвала контроллера машиниста; определение момента и глубины разрядки тормозной магистрали; определение способа устранения неисправностей локомотива. Именно эти функции нужно обеспечить поддержкой интеллектуальной системой. Источником знаний для СППР являются машинист, бортовая система диагностики, математическая модель движения, архив данных. Разработана информационная модель принятия управляющего решения машинистом при ведении поезда, позволяющая определить пути снижения информационной нагрузки. Основными мероприятиями этого должна быть комплексная автоматизация управления локомотивом: перенесение функций контроля технического состояния локомотива во время поездки на автоматизированную систему, которая должна сигнализировать только в случаях когда параметры отклоняются от нормы и система не в состоянии откорректировать их самостоятельно; разработка интеллектуальной системы, которая подсказывает машинисту о наиболее эффективном положении органов управления локомотивом в данной поездной обстановке. Предложена схема интеграции интеллектуальных систем в процессы обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве. В результате расчетов установлено, что ориентировочная стоимость внедрения СППР на один локомотив составляет 64 тыс. грн, а срок окупаемости составляет 1 год 7 мес. EN: Gorobchenko O. M. The Development of scientific bases of "Locomotive Crew - Train" ergatic system functioning. – Manuscript. Thesis for the degree of Doctor of Technical Sciences on speciality 05.22.20 – vehicles operation and maintenance. ‒ Ukrainian State University of Railway Transport MES of Ukraine, Kharkiv, 2016. The analysis of existing systems and methods for "locomotive crew train" ergatic system efficiency improving has shown that they have several limitations and do not guarantee an accident prevention. The use of the locomotive DSS will allow avoiding the disadvantages of traditional locomotive control systems. The model for making control decisions by the locomotive driver has been developed using the theory of fuzzy probabilistic graphs that allows us to estimate the driver`s decision making speed. The factors affecting the probability of emergency situations (ES) occurrence are classified according to their nature as a human factor, a technical factor and external influences. The criterion for the evaluation of human actions in emergency situations has been defined, the coefficient characterizing the locomotive crew (LC) ability to prevent accidents has been proposed. By means of the hybrid neural network the value of the ES complexity, which occurs during the train operation, has been obtained. On the basis of statistical data the limit value of this quantity has been obtained. The main criterion of the locomotive DSS work is the utility of decisions made. In the work the utility has been defined according to the ES complexity, the energy cost of the train movement, deviations from the timetable in the three-dimensional coordinate system. The most appropriate system for LC is DSS that uses probabilistic task of individual decision making with a vector criterion. The information model for making control decisions by the operator driving the train has been developed, which allows identifying ways to reduce information load. The calculations have shown that the approximate cost of DSS implementing on one locomotive is 64 thousand UAH, and the payback period is 1 year and 7 months.