Материалы 5-го Международного симпозиума железнодорожных вузов Европы и Азии

Алматы: КазАТК им. М.Тынышпаева, 2012. – С. 96-103

 

Анисимов Виктор Александрович - к.т.н., профессор Дальневосточного государственного университета путей сообщения (г. Хабаровск, Россия)
Анисимов Владимир Викторович - к.т.н., доцент Дальневосточного государственного университета путей сообщения (г. Хабаровск, Россия)

 

ПРОГРАММНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ИСКРА И ЭРА:
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

 

В связи с несколькими стадиями разработки проектов переустройства (усиления) железных дорог, неопределенностью исходной информации для проектирования и лимитом денежных средств имеет место вечная проблема разработки наиболее обоснованного проекта в сжатые сроки. Одно из направлений комплексного решения этой проблемы состоит в постоянном совершенствовании методов и технологии проектирования. Возможны два подхода к такому совершенствованию: экстенсивный и интенсивный.

Экстенсивный подход состоит в программной реализации трудоемких инженерно-технических, технико-экономических и оформительских операций, которые входят в разработку и представление проектов на экспертизу и утверждение. Эти операции состоят в определении релевантных параметров (характеристик, показателей) технических решений и объединяющих их комплексных вариантов переустройства, т.е. определенных геометрических, объемных, технических, эксплуатационных, экономических и других характеристик проектных решений.

В настоящее время разработаны программы, которые частично или полностью реализуют некоторые из указанных расчетов и успешно используются в практике проектирования, содержания и эксплуатации железных дорог. В проектном процессе этим программам отводится роль расчетных инструментов для определения релевантных параметров технических решений и объединяющих их комплексных вариантов переустройства. Замысел и формирование технических решений, их объединение в комплексные варианты переустройства, а также отбор наиболее эффективного решения являются прерогативой главного инженера проекта и привлекаемых им специалистов. Такой подход представляется разумным ввиду творческого характера формирования и отбора проектных решений.

Однако в последние десятилетия в области проектирования железных дорог достигнут значительный прогресс в разработке методов и программ оптимизации технических решений. Можно привести многочисленные примеры такого прогресса. Вместе с этим следует отметить отсутствие программного обеспечения в части разработки и обоснования комплексных решений по оптимизации транспортной триады, на которую работает любой участок (линия) железнодорожной сети:

«Масса – Скорость – Пропускная способность»

с наименьшими затратами на перевозки при безусловном освоении требуемых объемов. В частности, нет такого обеспечения, которое бы позволило в короткие сроки выбрать или целенаправленно сформировать схему (стратегию) повышения пропускной и провозной способности железнодорожной линии (направления) или отдельной крупной станции в виде единого плана переустройства или модернизации сооружений и устройств объекта проектирования.

Достигнутые результаты относятся к способам оптимального решения важных, но частных проектных задач, т.е. являют собой примеры локальной оптимизации и автоматизации отдельных проектных процедур. Иначе говоря, эти примеры представляют собой локальную реализацию интенсивного подхода к автоматизации проектирования.

Интенсивный подход состоит в глобальной (системной) автоматизации проектирования, основанной на математических моделях и методах оптимизации проектных решений и современных информационных технологиях.

В связи с этим, программно-технические комплексы ИСКРА и ЭРА-2 (Экспертиза, Расчет и Анализ) изначально запроектированы как расчетно-аналитические системы, позволяющие выполнять весьма трудоемкие, разнородные, но технологически связанные операции на единой информационной основе. Это – расчет допускаемых скоростей движения поездов, формирование и обоснование приказов об установлении допускаемых скоростей, массы и длины поездов (на основе тяговых расчетов), тяговые расчеты для разработки графика движения поездов и иных целей, тягово-экономические расчеты движения потоков поездов различных категорий и массы, определение пропускной и провозной способности железных дорог, другие операции.

Комплекс ИСКРА (интегрированная система расчетов и анализа движения поездов) разработан Дальневосточным государственным университетом путей сообщения и с 1993г. используется в дорогах России, ЦД и ЦП ОАО «РЖД». Комплекс автоматизирует большинство трудоемких расчетов, выполняемых в ходе разработки графика движения поездов. В частности он обеспечивает подготовку, оценку и обоснование допускаемых скоростей к графику движения поездов, тяговые расчеты и определение интервалов движения поездов. В настоящее время выполняется модернизация и интеграция комплекса в новейшую систему разработки нормативного графика движения поездов).

Комплекс ЭРА-2 имеет расширяемую модульную клиент-серверную архитектуру и значительно шире и удобнее комплексов ИСКРА и ЭРА-1 по функциональным возможностям. Например, ЭРА-2 поддерживает многопользовательский режим работы (одновременное использование несколькими специалистами). В настоящее время ЭРА-2 состоит из шести подсистем (модулей), работающих на единой информационной основе (рис.1):

ТЭП (Технико-экономические показатели) – вариантные тягово-энергетические и технико-эксплуатационные расчеты движения отдельных поездов или поездопотоков, состоящих из поездов различной категории и массы;

СВ (Скорости и возвышения) – расчеты допускаемых скоростей движения подвижного состава и возвышений наружного рельса в кривых, формирование проекта приказа об установлении допускаемых скоростей движения поездов, анализ обоснованности действующего приказа и установление резервов повышения скорости по геометрии трассы и параметрам подвижного состава (совместно с модулем ТЭП).

ИРС (Интервалы и расстановка сигналов) – определение всех типов станционных и межпоездных интервалов, формирование базы элементов графика движения поездов (совместно с ТЭП) и производство всех проверок расстановки сигналов автоблокировки, которые выполняются на основе тяговых расчетов.

ППСС – определение пропускной и перерабатывающей способности станций, включая приемоотправочные парки, стрелочные горловины, сортировочные горки и вытяжные пути.

Модули АС ТЭП и АС ИРС обеспечивают формирование чертежей по исходным данным и результатам расчета одноименных модулей в формате AutoCAD.

Рисунок 1 - Состав комплекса ЭРА-2 по состоянию на 2012 г.

Информационная основа комплекса разделена на три уровня (таблица 1). Такое построение системы управления данными позволяет специалистам вести информацию и проводить расчеты одновременно по нескольким задачам, проблемам, проектам, не мешая друг другу.

Таблица 1 - Информационная основа комплекса ЭРА

Уровень Содержание
Сетевой Расширяемая и дополняемая пользователями нормативно-справочная информация, в частности, нормы допускаемых скоростей движения поездов, нормативы тяговых расчетов и нормативы для определения станционных и межпоездных интервалов, расстановки светофоров автоблокировки.
Дорожный Дорожные базы участков, линий, направлений (проектов) и дорожные нормы эксплуатационных расходов.
Проблемный
(вариантный)
Задания на расчеты и таблицы результатов технико-экономических расчетов по конкретным вариантам проектирования, эксплуатации и содержания железнодорожных участков, линий, направлений или полигонов.

Существующее и возможные состояния проектируемого участка (линии) дорожного полигона представляются отдельным пакетом информационных таблиц, необходимых для технико-экономических расчетов и оценки эффективности состояний с целью отбора наиболее перспективных.

Ввиду большого разнообразия и объема данных, получаемых из различных источников или вводимых «вручную» (с помощью клавиатуры), объективно существует проблема обеспечения полноты и достоверности данных. Кроме этого, план и продольный профиль, а также параметры устройств железных дорог могут не соответствовать действующим нормам и требованиям, в частности, требованиям безопасности движения поездов. Поиск ошибок в данных и нарушений действующих норм обычным просмотром таблиц неприемлем. В связи с этим комплекс обеспечивает оперативный поиск таких несоответствий и идентификацию подучастков линии (дороги), на которых требуется реконструкция трассы, усиление или модернизация постоянных устройств (в связи с нарушением условий безопасности, плавности и бесперебойности движения поездов).

Метод тягово-экономических расчетов, реализованный в модуле ТЭП, позволяет максимально точно определять показатели движения поездов по вариантам и существенно повысить точность определения потерь времени хода и скорости, а также дополнительных затрат топлива (энергии) и эксплуатационных расходов от действия ограничений скорости. В качестве примера можно привести обоснование времени хода движения высокоскоростного электропоезда «Сапсан» на участке Москва – Санкт-Петербург длиной 650 км. Сравнение времен хода, полученных по программе, с результатами опытных поездок дало расхождение 0.3 мин – в прямом направлении и 1 мин – в обратном направлении движения.

Особый интерес для экономической оценки и обоснования вариантов массы и тяги поездов представляет сводная ведомость показателей движения поездов и эксплуатационных потерь от барьерных мест, формируемая ТЭП (рисунок 2).

Рисунок 2 - Один из сводных документов, сформированный модулем ТЭП

В качестве примера использования модулей СВ и ТЭП можно привести решение проблемы повышения скорости движения электропоезда ЭДП 9М по линии Владивосток – аэропорт «Кневичи» за счет улучшения параметров плана на существующем земляном полотне. Линия сооружается к Саммиту стран АТЭС-2012 (рисунок 3).

Рисунок 3 - Повышение скорости электропоезда ЭД 9М на одном из перегонов линии (аналогично на остальных перегонах)

Наукоемкой особенностью модуля ИРС является алгоритм расчета тормозных путей с учетом распределенной погонной нагрузки и повышения расчетного тормозного коэффициента поезда в процессе наполнения тормозных цилиндров. Это имеет принципиальное значение для обеспечения безопасности движения поездов и, в частности, для обоснованной расстановки светофоров автоблокировки.

Отличительной особенностью модуля ППСС является определение пропускной и перерабатывающей способности станций в двух вариантах: по действующей «Инструкции по расчету наличной пропускной способности железных дорог» и по более совершенной методике, разработанной д.т.н., профессором Е. В. Архангельским. Результаты представляются в виде типовых ведомостей, установленных Инструкцией. В качестве примера на рис. 4 представлена одна из сводных ведомостей сортировочной станции Золотая N-ской железной дороги.

Рисунок 4 - Одна из сводных ведомостей пропускной и перерабатывающей способности станции Золотая N-ской железной дороги (рассчитано и сформировано модулем ППСС)

Каждый из перечисленных выше модулей обладает встроенной графической подсистемой отображения исходных данных и результатов расчета, которая позволяет «построить» на экране масштабируемые чертежи и снимать с них требуемые показатели.

Уникальным преимуществом комплекса является ведение и представление исходных данных, результатов расчета и отчетных форм в путейской и проектной системах исчисления километража.

Все таблицы исходных данных и результатов расчета могут быть распечатаны на принтере или направлены в Microsoft Word, Microsoft Excel, LibreOffice Writer либо LibreOffice Calc. Эти свойства комплекса, наряду с возможностью представления (выдачи) исходных данных и результатов расчетов в виде чертежей, обеспечивают оперативную подготовку пояснительных записок и аналитических справок.

Подробнее с сетевой версией можно ознакомиться на сайте http://sites.google.com/site/isystemgdt.

Комплекс ЭРА использован проектными институтами отрасли для проектирования линий в рамках развития транспортной инфраструктуры к Олимпиаде в Сочи, а также для разработки концепции модернизации существующей железнодорожной инфраструктуры для организации транспортного обслуживания пассажиров в период проведения чемпионата мира по футболу 2018 г. В настоящее время комплекс используется в проектных институтах Росжелдорпроект, в Латвии и Казахстане при разработке проектов новых железных дорог, проектов усиления эксплуатируемых линий и при решении задач содержания и эксплуатации железных дорог.

В качестве новой версии специалистами Дальневосточного государственного университета путей сообщения разрабатывается комплекс ЭРА-3, основанный на концепции оптимизации плановых и проектных решений под «ключ», а также расширении новыми инженерно-техническими расчетами. Так, в части расчетов предусматривается модуль ПСП (пропускная способность железнодорожных участков по перегонам), который с модулем ППСС, разработанным ранее, закроет вопрос автоматизации расчетов определяющей (ведущей) пропускной способности участков железных дорог. В части выработки оптимальных решений разработаны модуль ОРК «Оптимальные режимные карты вождения поездов» и рабочий прототип модуля ПРО «Планирование работы и развития объединений баз ПМС путевого ремонтного комплекса». С помощью прототипа модуля ПРО выполнена оптимизация долгосрочного плана работ и разработан стратегический план развития баз ПМС железнодорожного транспорта России. На очереди разработка модулей ОПК «Оптимизация параметров кривых плана трассы» (для повышения скорости движения поездов) и ФСП «Формирование схем развития пропускной способности железнодорожных участков, линий и направлений».

Комплекс ЭРА-3 позволит не только сократить трудоемкость и повысить уровень автоматизации проектных работ, но решать важнейшие вопросы повышения скорости движения поездов и провозной способности линий с позиции технико-экономической эффективности.