Десять лет работы системы <<Трасса-2>>

21.11.2018

Установка системы контроля за расходом дизельного топлива ТРАССА-2 на тепловозах SIA LDz Cargo производилась с декабря 2008 года по декабрь 2010 года. Всего в Латвии в дальнейшем установили 136 комплектов систем. Работы велись инжиниринговыми предприятиями Латвии при содействии служащих дороги.  Наш вклад – участие в разработке архитектуры, системы сбора и обработки данных, включая систему контроля расхода топлива.

Первоначально ставились цели обеспечения мониторинга расхода топлива, контроля  местоположения и режимов работы  локомотивов.   

Поставленные цели были достигнуты почти сразу. Использование системы ТРАССА-2 позволило снизить удельный расход топлива и экономить более 1 710 000 литров дизельного топлива в первый же год. Период окупаемости финансовых средств на установку системы ТРАССА-2 на локомотивы составил менее одного года.  Систематические наблюдения за расходом топлива велись в  2004-2015 гг. и показали его устойчивое снижение.




Дальше – больше. Выяснилось, что за весь период эксплуатации коэффициент готовности систем ТРАССА-2  находился на уровне 97% (редкий показатель!), отказы в системе возникали редко  и то - только до первого захода на техобслуживание.  В динамике произошло существенное изменение факторов, влияющих  на общую эффективность от применения системы. Эффект первого года в основном сформировался за счет сокращении затрат на ГСМ. На втором году снижается влияние фактора “быстрого” эффекта в форме экономии ГСМ и повышается значимость проявления в общем эффекте глубинных организационно-технических факторов, таких как улучшение логистики, экономия расходов на техническое обслуживание (по реальным, а не по приписанным показателям), снижение частоты внезапных отказов двигательно-генераторной установки.


Система продолжает оставаться эффективной. Во многом потому, что в основу концепции её разработки были  положены  принципы технологий HLA (High Level Architecture) [1] и OODA (Observe-Orient-Decide-Act) [2] . В 2000 г. HLA была принята в США в качестве открытого стандарта IEEE 1516-2000 и развивалась в документах 1516.1-2000, 1516.2-2000, 1516.3-2003, 5016.4-2007 [1].  Преимущества   HLA – трехуровневая структура, минимум базовых сущностей и стандартов при неограниченном количестве объектов. Технология  OODA  – “цикл Наблюдение-Оценка и коррекция обстановки – Принятие решения – Выполнение решения” – была разработана  (J.Boyd) [3], развита (F.Osinga) [4]  в рамках проектов Министерства обороны США. Основная идея аналогична классической схеме принятия решений с обратной связью в рамках сцен с неопределенностью [5,6].  Архитектура системы [7] позволяет реализовать преимущества этих технологий, приобретая новый функционал в ходе текущих модернизаций.


При создании системы ТРАССА-2  учитывались принципы унифицированной методологии, известной в странах ЕС настоящее время как Closed Loop Lifecycle Management (CL2M) [8, 9].   Цель – прозрачность и стандартизация всего жизненного цикла оборудования и программного обеспечения. Соответственно, жизненный цикл проекта включает три стадии: начальную (Beginning of Life, BOL)  проектирование и создание компонентов; среднюю (Middle of Life, MOL) применение, техническое обслуживание; конечную (End of Life, EOL) – модернизация, утилизация или восстановление и повторное применение компонентов с учетом экологической безопасности. Применение принципов CL2M для решения задач мониторинга и учёт этих принципов в архитектуре системы было  необходимо, чтобы не создавать тупиковых, не подлежащих модернизации вариантов.  Таким образом, система ТРАССА-2  с самого начала создавалась как модернизируемая система.


После запуска процессов технической поддержки и обслуживания системы, группа разработчиков стала изучать эффективность её использования [10]. В результате были сформированы предложения по направлениям  её  модернизации и дальнейшего  развития.


1. Рассматривая локомотив как сложный гетерогенный объект [11], в котором на целевую функцию влияют как исправность оборудования, так и готовность бригады машинистов, в состав контролируемых параметров следует ввести идентификационную карту машиниста и параметры текущего состояния здоровья всех членов бригады. Карта машиниста (с RFID-меткой) вставляется в считыватель в начале смены и извлекается по окончанию работы. Этим в системе однозначно определяется лицо, принимающее решения в локомотиве. Функциональное состояние членов бригады определяется по показателям, снимаемым личными браслетами (разновидность фитнес-браслета) и передаваемым по локальному радиоканалу в бортовой контроллер и далее в сервер системы.


2. В системе ТРАССА-2  используются очень надёжные и недорогие датчики уровня топлива[12].   Пара датчиков, установленных в бак по выработанной методике, уверенно показывают уровень топлива в баке, как в покое, так и в движении с разрешением около 1000 отсчётов на высоту (объём) бака.  Это решило проблему контроля за сливами топлива из баков. При такой чувствительности достаточно ввести автоматическую корректировку показаний датчика при изменении диэлектрической проницаемости топлива (зимнее-летнее разница примерно в 8%, биодизель и т.д.), более точно учитывать его плотность и температуру - и можно даже аттестовать систему контроля расхода топлива на борту как метрологическую. Заманчиво. Но опытная эксплуатация такой системы, в  составе которой использовался дополнительно датчик характеристик топлива  [13], показала, что решительных преимуществ это не даёт. Метрологически аттестованные датчики требуют периодической дорогостоящей калибровки. К тому же непосредственное определение показателя плотности на борту может вестись только косвенными методами, что сопряжено со снижением точности и надёжности.    Мы же предлагаем контроль плотности, температуры и объёма заправляемого топлива вести дополнительно в точках экипировки, которых обычно всего несколько, включив их в общую систему.  Точки экипировки оснащаются высокоточными  уровнемерами магнитострикционного типа и датчиками расхода  топлива (счётчиком) работающими  на основе эффекта Кориолиса. Это позволить точно фиксировать объёмы заправок, температуру и плотность заправляемого топлива. А на борту будем дополнительно ввести коррекцию по диэлектрической проницаемости топлива и его температуре, что не сложно, но обеспечит повышение точности контроля расхода топлива, как в литрах, так и в килограммах.  Зона контроля становится шире, а затраты на контроль в целом ниже.  Дополнительно получаем возможность экспресс-контроля качества топлива по показателю диэлектрических потерь.   Этого показателя нет в стандартах, но он весьма эффективен, а в случае срабатывания системы экспресс-контроля образец топлива отправляется на более обстоятельный лабораторный анализ.


3. Расширение перечня контролируемых параметров. В базовой версии системы ТРАССА-2 контролируется 23 параметра работы локомотива. Нет принципиальных ограничений по увеличению их количества. Это может быть ток разряда-заряда аккумуляторных батарей, дублирующие сигналы семафоров и пр. Система, при соответствующей модернизации,  в принципе может  контролировать весь спектр параметров охватывающих сегодня системой КПД-3(контроль параметров движения), причём делать это надёжнее и дешевле.      Расширение поля контролируемых параметров должно быть обосновано запросами профильных служб.     


4. Архитектура программно-аппаратных средств. К построению системы вопросов нет. Но за прошедшее время сменилось несколько поколений GPS-трекеров. Есть смысл заменить бортовой контроллер. Появились удобные средства отображения промышленного стандарта, которыми можно заменить и индикатор. Соответственно нужны новые программные продукты в этих компонентах.  Система программного обеспечения верхнего уровня тоже может и должна быть обновлена при сохранении основных архитектурных решений.  В системе могут и должны появиться элементы искусственного интеллекта по оценке и прогнозированию состояния локомотивов [14]. Важно понимание того, что модернизация невозможна без тесного взаимодействия разработчиков системы с привлечёнными инженерными группами.


1. 1516.1-2000 IEEE Standard for Modeling and Simulation (M&S) High Level Architecture (HLA). Federate Interface Specification 2000. – IEEE, 2000. – 480 p.


2. Bullock, R. Hierarchical Interactive Theater Model (HITM): An Investigation Into the Relationship Between Strategic Effects and OODA Loops / R.Bullock.  – Biblioscholar, 2012. – 204 p.


3. Boid, J. Destruction and Creation. / J.Boid – U.S. Army Command and General Staff College, 1976.   8 p.

 

4. Osinga, F. A Discource on Winning and losing: A Primer on Boyd’s   “Theory of Intellectual Evolution” / F.Osinga. – ODU, 2014. – P.603-624.


5. Фон Нейман, Дж. Теория игр и экономическое поведение / Дж. Фон Нейман, О. Моргенштерн. – М., 1970. – 707 с


6. Bullock, R. Hierarchical Interactive Theater Model (HITM): An Investigation Into the Relationship Between Strategic Effects and OODA Loops / R.Bullock.  – Biblioscholar, 2012. – 204 p.


7. Kuzmich, A.I. Remote monitoring system for mobile objects / A.I.Kuzmich, G.Shakah, A.N.Valvachev // PRIP’2011: Proceedings of The 10-th International Conference on Pattern Recognition, Minsk, May 18-20, 2011. – Minsk, 2011.  – P. 272-275.


8. Stark, J. Product Lifecycle Management: 21st Century Paradigm for Product Realisation / J.Stark. – Springer, 2011. – 848 p. 


9. he Information Exchange for Closed Loop Lifecycle Management [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cl2m.com/. – Дата доступа: 04.02.2016


10. Миртов, В.К. Об эффективности применения системы удаленного мониторинга подвижного состава железной дороги / В.К.Миртов, А.И.Кузьмич, А.В.Папковский // Межд. научно-техническая конференция, приуроченная к 50-летию МРТИ-БГУИР: материалы, Минск, 18-19 марта 2014 г. – Минск, 2014.  – C. 510-511.


11. Кузьмич, А.И. Механизмы мониторинга мобильных тетерогенных объектов  / А.И.Кузьмич  // ITS 2013: Информационные технологии и системы: материалы Межд. науч. конф.,  Минск, 23 октября 2013 г. – Минск, 2013.  – С. 162-163.


12. Миртов, В.К. Метод контроля расхода топлива тепловозом на основе аппаратно-программного комплекса “Трасса“  / В.К.Миртов, П.Д.Мацкевич, А.И.Кузьмич  // ITS 2013: Информационные технологии и системы: материалы Межд. науч. конф., Минск, 23 октября 2013 г. – Минск, 2013. – С. 166-167.


13. Кузьмич, А.И. Применение датчиков характеристик топлива в системах мониторинга / А.И.Кузьмич, П.Д.Мацкевич, А.О.Огинский // Международная научно-техническая конференция, приуроченная к  50-летию МРТИ-БГУИР: материалы, Минск, 18-19 марта 2014 г. – Минск, 2014. – C. 521-522.


14. Краснопрошин, В.В. Модель сцены и адаптивный алгоритм мониторинга транспортных средств в условиях неопределенности / В.В. Краснопрошин, А.И. Кузьмич  // Вестник БГУ. Сер.1, Физика. Математика. Информатика. – 2015.    –  № 2. – С. 107-112.