Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Скалозуб владислав васильович

Скачати 0.77 Mb.

Скалозуб владислав васильович




Скачати 0.77 Mb.
Сторінка 1/4
Дата конвертації 02.05.2017
Розмір 0.77 Mb.
Тип Автореферат
  1   2   3   4

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту

імені академіка В.
Залізни́чний тра́нспорт (залізни́ця) - вид рейкового транспорту, що здійснює перевезення пасажирів та вантажів в колісних екіпажах, що рухаються залізничною колією. Залізничний транспорт є галуззю промисловості, частиною транспортної мережі логістичних ланцюгів, які сприяють міжнародній торгівлі і економічному зростанню.
Лазаряна

СКАЛОЗУБ ВЛАДИСЛАВ ВАСИЛЬОВИЧ



УДК 629.4.016.12.001.26


РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧІ МЕТОДИ УПРАВЛІННЯ ТЯГОЮ ПОЇЗДІВ


І УДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ РУХОМОГО СКЛАДУ

05.22.07 – Рухомий склад залізниць і тяга поїздів



АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня


доктора технічних наук

Дніпропетровськ 2003



Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Дніпропетровському національному університеті залізничного транспорту

імені академіка В.

Рухо́мий скла́д - транспортні одиниці автомобільного, залізничного, метротранспорту, трамвая, тролейбуси.
Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара (до 25 червня 2008 - Дніпропетровський ордена Трудового Червоного Прапора державний університет ім. 300-річчя возз'єднання України з Росією; до 16 листопада 2016 - Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара) - один із провідних вищих навчальних закладів в Україні четвертого рівня акредитації з правом підготовки іноземців за акредитованими напрямами й спеціальностями.
Лазаряна Міністерства транспорту України

Науковий консультант:

доктор технічних наук, професор Блохін Євген Петрович,

завідувач кафедри будівельної механіки Дніпропетровського

національного університету залізничного транспорту імені академіка В.

Будівельна механіка - це наука про методи розрахунку споруд на міцність, жорсткість і стійкість.
Технічні науки - науки, що вивчають закономірності розвитку техніки і визначають способи найкращого її використання.
Лазаряна



Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Браташ Віктор Олександрович,

директор Українського науково-дослідного, проектно-конструкторського

та технологічного інституту електровозобудування, м. Дніпропетровськ;

доктор технічних наук, професор Гетьман Геннадій Кузьмич,

завідувач кафедри електрорухомого складу Дніпропетровського

національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна;

доктор технічних наук, професор Савоськін Анатолій Миколайович,

професор кафедри електричної тяги Московського державного університету

шляхів сполучення, Росія.

Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον - бурштин; раніше також громови́на ) - розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму.



Провідна організація:

Українська державна академія залізничного транспорту,

Міністерство транспорту України, м. Харків, кафедра локомотивів.

Захист відбудеться “ 24 ” листопаду 2003 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 08.820.02 в Дніпропетровському національному

університеті залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна за адресою:

49010, м. Дніпропетровськ, вул. Акад. Лазаряна, 2, зал засідань, к. 314.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Дніпропетровського

національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна

Автореферат розісланий “ 22 ” жовтня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Жуковицький І.В.

доктор технічних наук, професорЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Підвищення ефективності функціонування залізничного транспорту України в сучасних умовах потребує розв’язання ряду стратегічно важливих задач в галузях створення енергетично і економічно оптимальної, конкурентноспроможної технології процесу перевезень, забезпечення безпеки при підвищенні швидкості руху поїздів, розвитку і оптимізації систем управління усіх рівнів. Основою енергетичної політики залізничного транспорту України, спрямованої на виконання Указу президента України № 662/99 від 16 червня 1999 р.
Система керування, також Система управління (англ. control system) - систематизований набір засобів впливу на підконтрольний об'єкт для досягнення цим об'єктом певної мети. Об'єктом системи керування можуть бути як технічні об'єкти так і люди.
Залізни́чний тра́нспорт в Украї́ні - залізничний транспорт загального користування, підпорядкований ПАТ «Укрзалізниця», та залізничні під'їзні колії різних форм власності, які не належать до залізничного транспорту загального користування.
Ука́з Президе́нта Украї́ни - це правовий акт глави держави, який видається з найважливіших питань, віднесених до його компетенції. Укази можуть мати як нормативний, так і ненормативний (правозастосовний характер).
, є ефективне використання електричної енергії та енергозбереження. Першочерговість указаних напрямків розвитку залізничного транспорту визначена програмами реструктуризації Укрзалізниці на 1998 – 2008 роки (п.п. 12.4, 19.8, 29.7), Наказом Укрзалізниці №583 – Ц від 29.10.2001 р. “Про заходи по впровадженню на залізничному транспорті України перспективних інформаційних технологій”, де також передбачено розробку науково ємних інформаційних технологій по управлінню рухом і тягою поїздів.
Електрична ене́ргія, або електроенергія - вид енергії, що існує у вигляді потенціальної енергії електричного й магнітного полів та енергії електричного струму. Завдяки зручній технології виробництва, розподілу й споживання, електрична енергія займає чільне місце серед інших видів енергії, що їх споживає людство.
Інформаці́йні техноло́гії, ІТ (використовується також загальніший / вищий за ієрархією термін інформаційно-комунікаційні технології (Information and Communication Technologies, ICT) - сукупність методів, виробничих процесів і програмно-технічних засобів, інтегрованих з метою збирання, опрацювання, зберігання, розповсюдження, показу і використання інформації в інтересах її користувачів.

В сучасних умовах для залізниць України актуальним напрямком досліджень є проблема розрахунку оптимальних режимів тяги поїздів і режимних карт при урахуванні комплексу показників об’ємів перевезень і основних ресурсів (споживання і вартість електроенергії, швидкість і час руху по ділянках), а також при урахуванні умов неповноти інформації для розрахунків.

Публічне акціонерне товариство «Українська залізниця» (ПАТ «Укрзалізниця», Укрзалізниця) - державне акціонерне товариство залізничного транспорту загального користування, національний перевізник вантажів та пасажирів, метою діяльності якого є задоволення потреб у безпечних та якісних залізничних перевезеннях у внутрішньому та міжнародному сполученні, забезпечення ефективного функціонування та розвитку залізничного транспорту та ін.
Відзначимо, що задача управління режимами тяги за критерієм мінімуму вартості електроенергії при змінному тарифі (умови оптового ринку, диференційовані тарифи) є новою для залізниць України, оскільки режимні карти руху поїзда за показниками електроспоживання не відповідають оптимальності за вартісними показниками. Виникає потреба подальшого розвитку моделей і методів управління тягою за умов ефективного урахування усіх основних показників ресурсів складних систем залізниць.
Складна́ систе́ма - система, поняття, що широко використовується в сучасній науковій літературі і вказує на специфічні особливості об'єктів дослідження практично в усіх розділах природничих та гуманітарних наук.

Розв’язання ряду комплексних проблем по удосконаленню рухомого складу методами параметричної оптимізації конструкцій, спрямованих на підвищення критичних швидкостей сталого руху, по підвищенню екологічної безпеки за рахунок мінімізації збитків, можливих при виникненні аварійних ситуацій при перевезенні небезпечних рідин, програма “Безпека”, по забезпеченню ефективності перевезень і збереженню рухомого складу за рахунок дослідження і обґрунтованого нормування умов перевезень окремих видів вантажів, зокрема труб та інше, може бути досягнуто на основі розвитку та застосування засад векторної оптимізації наборів показників, які характеризують ресурси конструкцій рухомого складу та їх елементів.

Актуальним напрямком розвитку систем управління залізничного транспорту та засобом побудови більш адекватних математичних моделей для розрахунку режимів тяги поїздів є удосконалення методів аналізу даних сучасних інформаційних систем Укрзалізниці, які характеризують сукупні властивості процесу перевезень.

Інформацíйна систéма (англ. Information system) - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів.
Аналіз даних - розділ математики, що займається розробкою методів обробки даних незалежно від їх природи.
Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.

Таким чином, розвиток теоретичних і методичних засад, які забезпечують ефективне рішення багаторівневих задач управління процесом перевезень і розрахунку режимів тяги поїздів, задач по удосконаленню конструкцій рухомого складу з урахуванням вектора показників ресурсу є актуальною науковою проблемою, яка зараз має велике значення для залізничного транспорту України.

Управлі́ння проце́сом - це сукупність заходів з планування та моніторингу виконання процесу. Термін часто використовують описуючи управління бізнесовими та виробничими процесами.


Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності до Концепції та програми реструктуризації на залізничному транспорті України на 1998–2008 р., Наказу Укрзалізниці №583– Ц від 29.10.2001 р., а також за планами наукових робіт за темами університету “АРМ для розрахунку режимних карт руху пасажирських поїздів на дільниці Київ – Жмеринка”, номер держреєстрації № 0198U005786, “Інтелектуальні задачі та алгоритми для управління приладами електроспоживання електрифікованих залізниць”, № 0199U001432.
Поїзд, також потяг - у залізничному транспорті, сформований і зчеплений склад вагонів з одним або декількома діючими локомотивами чи моторними вагонами, що мають встановлені сигнали. Локомотиви без вагонів, моторні вагони, автомотриси та дрезини незнімного типу, відправлені на перегін, розглядаються як поїзд.


Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності процесу перевезень шляхом розвитку та застосування ресурсозберігаючих методів управління тягою поїздів з урахуванням умов неповної інформації, а також на основі методів удосконалення конструкцій рухомого складу при векторному показнику ефективності. У зв’язку з цим в роботі поставлені і вирішені наступні наукові задачі:

1. Дослідження структури, властивостей системи основних показників ресурсу і розробка комплексної багаторівневої моделі задачі розрахунку оптимальних режимів тяги поїзда, ураховуючи стохастичні та невизначені фактори процесів.

2. Розвиток методів розрахунку компромісно-оптимальних режимів тяги поїзда і при урахуванні стохастичних складових задачі.

3. Дослідження і рішення проблеми вибору оптимальних по вартості режимів тяги поїзда в умовах змінної на протязі доби ціни електричної енергії.

4. Розробка наукових положень і методів векторної оптимізації, орієнтованих на рішення комплексних задач по розрахунку оптимальних режимів тяги поїздів.

5. Удосконалення методів побудови адекватних математичних моделей по даним пасивних експериментів, призначених для ефективного розрахунку оптимальних режимів тяги поїздів і конструкцій рухомого складу.

6. Удосконалення математичних моделей, методів і реалізація нових векторних задач параметричної оптимізації конструкцій рухомого складу, які забезпечують підвищення критичних швидкостей стійкого руху, екологічну безпеку експлуатації вагонів-цистерн, ефективне і безпечне перевезення вантажів, труб.

Математи́чне моделюва́ння (рос. моделирование математическое; англ. mathematical simulation, нім. mathematische Modellierung f) - метод дослідження процесів або явищ шляхом створення їхніх математичних моделей і дослідження цих моделей.
Переве́зення - переміщення вантажів, товарів або пасажирів. Розрізняють сухопутні (залізничні й автомобільні), водні (річкові й морські), повітряні перевезення, також транспортування рідини та газу виконуються трубопровідним транспортом.

7. Удосконалення методів розрахунку і дослідження компромісно-оптимальних параметрів для задач оптимального проектування пружних стержневих систем і оболонкових конструкцій, які функціонують в умовах варіантних навантажень.



Об’єктом дослідження є процеси і технології управління режимами тяги поїздів та удосконалення конструкцій рухомого складу при урахуванні комплексу показників ресурсів систем.

Предмет дослідження – ефективні за показниками витрат основних ресурсів режими тяги поїзда з урахуванням умов неповної інформації і компромісно-оптимальні параметри елементів конструкцій рухомого складу, що забезпечують ресурсозбереження.

Методи дослідження. Результати дисертації отримано за допомогою методів системного аналізу і векторної оптимізації, які використано для представлення і дослідження комплексних задач ресурсозбереження при управлінні тягою поїздів і проектуванні конструкцій рухомого складу;

методами оптимального керування, дискретного і безперервного динамічного програмування розв’язано задачі по розрахунку режимів тяги поїздів;

Динамічне програмування - розділ математики, який присвячено теорії і методам розв'язання багатокрокових задач оптимального управління.

сучасними методами будівельної механіки досліджено напружено-деформований стан конструкцій рухомого складу і їх елементів;

методами теорії стійкості досліджено критичні швидкості стійкого руху;

методами нелінійного програмування, екстраполяції, випадкового пошуку розв’язано задачі оптимального проектування конструкцій рухомого складу;

методи теорії імовірностей, математичної статистики, самоорганізації моделей, структурного математичного моделювання і регресійного аналізу використано при формуванні і дослідженні моделей складних процесів і об’єктів;

Випадковий пошук - група методів числової оптимізації, які не вимагають обчислення градієнту для розв'язання задач оптимізації; отже, випадковий пошук можна використовувати для функцій, що не є неперервними або диференційованими.
Неліні́йне програмува́ння (NLP, англ. NonLinear Programming) - випадок математичного програмування, у якому цільовою функцією чи обмеженнями є нелінійна функція.
Теорія ймовірності - розділ математики, що вивчає закономірності випадкових явищ: випадкові події, випадкові величини, їхні функції, властивості й операції над ними. Математичні моделі в теорії ймовірності описують з деяким ступенем точності випробування (експерименти, спостереження, вимірювання), результати яких неоднозначно визначаються умовами випробування.
Напружено-деформо́ваний стан - сукупність внутрішніх напружень і деформацій конструкції або її елементу, що виникають при дії на неї зовнішніх навантажень, температурних полів чи інших факторів. Напружено-деформований стан визначається розрахунковими та експериментальними методами у вигляді розподілу напружень, деформацій і переміщень в конструкції і є базою для оцінки статичної міцності і ресурсу конструкцій на всіх етапах їх життєвого циклу.
Регресі́йний ана́ліз - розділ математичної статистики, присвячений методам аналізу залежності однієї величини від іншої. На відміну від кореляційного аналізу не з'ясовує чи істотний зв'язок, а займається пошуком моделі цього зв'язку, вираженої у функції регресії.
Математична статистика - розділ математики та інформатики, в якому на основі дослідних даних вивчаються імовірнісні закономірності масових явищ. Основними задачами математичної статистики є статистична перевірка гіпотез, оцінка розподілу статистичних імовірностей та його параметрів, вивчення статистичної залежності, визначення основних числових характеристик випадкових вибірок, якими є: вибіркове середнє, вибіркові дисперсії, стандартне відхилення. Прикладом перевірки таких гіпотез є з'ясування питання про те, змінюється чи не змінюється виробничий процес з часом. Прикладом оцінки параметрів є оцінка середнього значення статистичної змінної за дослідними даними. Для вивчення статистичної залежності використовують методи теорії кореляції. Загальні методи математичної статистики є основою теорії похибок.

методами аналізу експериментальних даних досліджено результати натурних випробувань і кінцево-елементного моделювання по визначенню напружено деформованого стану елементів піввагонів, перемінну напругу в тяговій мережі і ціну електричної енергії в умовах функціонування оптового ринку;

методи теорії нечітких множин і експертних систем застосовані для прогнозування параметрів поїздопотоків при розрахунках режимів тяги з урахуванням перемінності напруги на струмоприймачі електровоза.

Експе́ртна систе́ма - це методологія адаптації алгоритму успішних рішень однієї сфери науково-практичної діяльності в іншу. З поширенням комп'ютерних технологій це тотожна (подібна, заснована на оптимізуючому алгоритмі чи евристиках) інтелектуальна комп'ютерна програма, що містить знання та аналітичні здібності одного або кількох експертів щодо деякої галузі застосування, і здатна робити логічні висновки на основі цих знань, тим самим забезпечуючи вирішення специфічних завдань (консультування, навчання, діагностування, тестування, проектування тощо) без участі експерта (фахівця в конкретній проблемній галузі). Також визначається як система, яка використовує базу знань для вирішення завдань (видачі рекомендацій) у деякій предметній галузі. Цей клас програмного забезпечення спочатку розроблявся дослідниками штучного інтелекту в 1960-ті та 1970-ті і здобув комерційне застосування, починаючи з 1980-х. Часто термін система, заснована на знаннях використовується як синонім експертної системи, однак можливості експертних систем ширші за можливості систем, заснованих на детермінованих (обмежених, реалізованих на поточний час) знаннях.



Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

1. Уперше створено наукові основи для рішення багаторівневих задач оптимального управління тягою поїзда і задач оптимального проектування конструкцій рухомого складу, які містять вектор показників ресурсів і більш повно ураховують стохастичні властивості досліджуваних об’єктів.

2. Уперше отримано рішення комплексної проблеми розрахунку режимних карт, оптимальних за показником вартості електроенергії при перемінних на протязі доби тарифах, а також компромісно-оптимальних режимів тяги поїздів, що відрізняється розробкою стохастичної моделі ціни електроенергії, методами розрахунку режимів тяги поїзда при одночасному виборі оптимальних варіантів переведення груп тягових підстанцій на умови диференційованих тарифів, статистичними критеріями оцінки вигідності застосування перемінних тарифів.

Тя́гова підста́нція - у загальному випадку, електроустановка для перетворення та розподілу електричної енергії. Тягові підстанції призначені для зниження електричної напруги і подальшого перетворення струму (тільки для підстанцій постійного струму) для передачі його в контактну мережу для забезпечення електричною енергією електровозів, трамваїв і тролейбусів.

3. Уперше теоретично встановлена можливість розбіжностей між рішеннями стохастичної задачі оптимального управління режимами тяги поїзда і рішеннями її детермінованого еквівалента, в якому напруга в тяговій мережі дорівнює математичному очікуванню, і розроблено двохетапний метод розрахунку режимів тяги, які є стійкими до випадковості напруги на струмоприймачі електровоза.

Математи́чне сподіва́ння, середнє значення - одна з основних числових характеристик кожної випадкової величини. Воно є узагальненим поняттям середнього значення сукупності чисел на той випадок, коли елементи множини значень цієї сукупності мають різну "вагу", ціну, важливість, пріоритет, що є характерним для значень випадкової змінної.

4. Отримано удосконалену модель оптимального лінійного регулятора рухом пасажирського поїзда, яка відрізняється урахуванням температури тягового двигуна і зміни подовжнього профілю електрифікованої ділянки.

Тяговий електродвигун ТЕД - електричний двигун, призначений для приведення в рух транспортних засобів, зокрема електровозів, електропоїздів, тепловозів, трамваїв, тролейбусів, електромобілей, електроходів, великовантажних автомобілів з електроприводом, танків і машин на гусеничному ходу з електропередачею, підйомно-транспортних машин, самохідних кранів тощо).

5. Удосконалено метод розрахунку режимів тяги поїзда, який відрізняється застосуванням неперервного динамічного програмування і на порядок меншим часом розв’язання стохастичної задачі управління рухом пасажирського поїзда на електрифікованій ділянці.

6. Одержано розвиток методів векторної оптимізації, які відрізняються удосконаленими властивостями ефективних рішень, аксіоматичним принципом компромісу показників ресурсів, узагальненням принципу мінімаксу і методу аналізу ієрархій, пристосованими для вирішення комплексних багаторівневих задач удосконалення конструкцій рухомого складу і режимів тяги поїздів.

7. Одержано розвиток методу щодо забезпеченню стійкого руху залізничного екіпажу за рахунок максимізації критичних швидкостей, що відрізняється розробкою і застосуванням методів лінійної та нелінійної екстраполяції при оптимізації параметрів конструкцій підвішування електровоза.

8. Удосконалено методи оптимального проектування конструкцій рухомого складу при кінцево-елементній дискретизації задачі, що відрізняються застосуванням процедур самоорганізації для апроксимації функцій обмежень при проектуванні тришарової металевої пластини з металевим стільниковим заповнювачем як захисту днища вагона-цистерни від дії наднормативних подовжніх ударів автозчеплювачем.

9. Одержано подальший розвиток методів параметричної оптимізації стержневих і оболонкових конструкцій, що знаходяться в умовах комбінованого, багатоваріантного навантаження, дії агресивного середовища, які відрізняються урахуванням вектору показників ресурсів і застосуванням спеціалізованих методів лінійної і нелінійної апроксимації при вирішенні нових задач оптимального проектування.

10. Розвинуто методи формування моделей задач оптимізації за даними пасивних експериментів, що мають відмінність у поєднанні методів самоорганізації та структурного математичного моделювання для удосконалення регресійного аналізу, у детермінації напрямку стохастичних залежностей між змінними, у модифікації моделей потокових графів для обробки даних, представлених нечіткими величинами, а також у застосуванні методів експертних систем для оперативного прогнозування параметрів поїздопотоку при розрахунку режимів тяги поїздів.

Обро́бка да́них - систематична цілеспрямована послідовність дій над даними. Обробка даних містить в собі множину різних операцій.
Зада́ча оптиміза́ції - задача знаходження точки (точок) мінімуму, або декількох мінімумів заданої функції.


Практичне значення отриманих результатів. Значення роботи полягає у створенні методів розрахунку режимних карт тяги поїздів, оптимальних за показником вартості електричної енергії, а також у розробках рекомендацій щодо зменшення вартості електроенергії, спожитої на тягу поїздів в умовах перемінних тарифів платежів; запропоновані методики оптимального проектування з урахуванням вектору показників ресурсів дозволяють визначити значення раціональних параметрів конструкцій підвішування електровозу, конструкцій захисту днища вагонів-цистерн, нормувати завантаження і кріплення труб в піввагонах. При цьому отримано наступне.

1. Методи управління тягою поїздів при перемінних тарифах на електроенергію увійшли до рекомендацій країн Організації співробітництва залізниць по забезпеченню енергооптимального процесу перевезень на основі інформаційних технологій керування системами електричної тяги (м.

Організація співробітництва залізниць (ОСЗ) - міжнародна організація в галузі залізничного транспорту.
Сенограби, Чеська Республіка, 2003 р.).

2. Методика переведення тягових підстанцій на диференційований тариф з метою зменшення сумарної вартості електроенергії, спожитої на тягу поїздів, в 2001 році запроваджена в Головному управлінні “Електрифікація та електропостачання” Укрзалізниці з економічним ефектом, що складає 200 тис. грн. на рік.

3. Методика оптимального проектування конструкцій захисту цистерн від наднормативних подовжніх ударів запроваджена в інституті Технічної Механіки НАНУ і Аерокосмічного агентства України і використана при розрахунках параметрів тришарових конструкцій захисту з металевим стільниковим заповнювачем.

4. Рекомендації зі схем завантаження труб в піввагони використані у місцевих технічних умовах, запроваджених на Нижньодніпровському трубопрокатному заводі з 1997 року, і забезпечують раціональне завантаження піввагонів трубами усіх сортаментів при забезпеченні збереження рухомого складу.

Техні́чні умо́ви (ТУ) - нормативний документ, що встановлює технічні вимоги, яким повинна відповідати продукція, процес або послуга, та визначає процедури, за допомогою яких може бути встановлено, чи дотримані такі вимоги.

5. Методи прогнозування параметрів поїздопотоків та вагонопотоків на основі моделі нечітких потокових графів, а також методи автоматичного формування баз знань експертних систем застосовані в програмній системі “Автоматизоване робоче місце працівника служби перевезень для управління економічним використанням іновагонів на полігоні Укрзалізниці”, запровадженій у дослідну експлуатацію в Головному управлінні служби перевезень Укрзалізниці у 2001 році

6.

Робо́че мі́сце - елементарна одиниця виробничої структури, що містить частину простору виробничого підрозділу, яка потрібна для здійснення трудової операції та оснащена матеріально-технічними засобами, що використовуються у процесі праці.
Результати досліджень і розробок використані в учбових курсах: “Основи САПР машин”, “Будівельна механіка”, “Розробка експертних систем”, “Машинні методи моделювання складних систем управління”.

Розроблені в дисертації методи оптимального проектування конструкцій рухомого складу та розрахунку режимів тяги при урахуванні вектору показників ресурсів, розрахунково-експериментальні екстраполяційні методи проектування та методи математичного моделювання за даними спостережень дозволяють більш повно та адекватно відображати складні процеси та явища. Вони можуть ефективно застосовуватися для удосконалення управління тягою поїздів, а також для широкого кола векторних задач оптимального проектування конструкцій рухомого складу.



Особистий внесок здобувача. Усі наукові положення, розробки і результати досліджень, що виносяться на захист, отримані особисто автором. У наукових працях, опублікованих зі співавторами, особистий внесок здобувача визначається наступним. У [1] автором написано розділи 1.5.6 – 1.5.8, 1.6 – 1.9, 3.1.2 – 3.1.5, 3.2. У [2] автору належить глава 2, розд.3.10. У [3] сформульована і досліджена стохастична векторна задача оптимізації режимів тяги поїзда; в [4] виконано аналіз компонентів системи поїзд-електротягова мережа, удосконалено моделі супутнього поїздопотоку; у [5] запропоновано багаторівневу модель задачі ЗРВП, обгрунтовано вартісний критерій щодо режимів ведення поїздів; у [6] побудовано модель оптимального регулятора для управління рухом пасажирського поїзда; у [10] доведено загальну теорему і умови ефективності рішень векторної задачі; в [11] вперше для окремих видів задач векторної оптимізації конструкцій запропоновано аксіоматичне компромісне рішення; у [17] розроблено моделі і метод оптимального проектування тришарових металевих пластин із стільниковим металевим заповнювачем як захисту залізничних вагонів-цистерн від наднормативних подовжніх ударів; у [18] запропоновано екстраполяційні методи і виконано оптимізацію системи підвішування електровоза ДС3; у роботі [19] сформульовано аксіоматичний метод векторної оптимізації і розв’язано задачу компромісно-оптимального проектування оболонкової конструкції з перемінною товщиною за показниками ваги, надійності, довговічності;
Аксіоматичний метод - спосіб побудови наукової теорії, при якому в основу теорії кладуться деякі вихідні положення, що їх називають аксіомами теорії, а всі інші положення теорії випливають як логічні наслідки аксіом.
у [20] запропоновано метод побудови оптимальної m-мірної багатогранної апроксимації границь стійкості для пружних стержневих систем; у [21] побудовано модель, метод оптимального проектування і досліджено компромісно-оптимальні проекти пружних усічених підкріплених конічних оболонок; у роботі [22] встановлено властивості взаємної суперечливості для системи показників оптимальності стержнів, що працюють в умовах корозії; в [23] досліджено властивості двох моделей компромісу вектору показників; в [24] розвинуто метод аналізу ієрархічних систем показників векторних задач оптимізації; у [26] досліджено напружено-деформований стан піввагонів і розроблено раціональні схеми завантаження вагонів трубами; у роботі [28] за допомогою методів самоорганізації побудовано моделі для прогнозування динамічних характеристик залізничних екіпажів; у роботі [32] запропоновано і досліджено методи детермінації направленості стохастичних залежностей перемінних; у [33] розроблено метод розрахунку характеристик потокових графів, представлених нечіткими величинами ; в [34] розроблено систему моделей і методів для вибору варіантів переведення тягових підстанцій на диференційовані тарифи в рамках задачі розрахунків режимних карт ведення поїзда; в роботі [35] вперше розроблено стохастичні критерії для оцінки вигідності перемінних тарифів і модель ціни електроенергії в ОРЕ.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідались, обговорювались та були схвалені на: - IX, Х Міжнародних конференціях “Проблеми механіки залізничного транспорту. Динаміка, надійність і безпека рухомого складу” (м. Дніпропетровськ. 1996, 2000); - 5th, 7th International Scientific Conference of Railway Experts. JУЖЕЛ–98, JУЖЕЛ–2000 (Yugoslavia, Vrnjacka Banja, october 28 – 30, 1998; october 4 – 6, 2000); - Міжнародному симпозиумі Eltrans’2001, 23- 26 жовтня 2001, (м. Санкт-Петербург, Росія).; - I, ІІ та IIІ Міжнародних конференціях “Проблеми економіки транспорту” (м. Дніпропетровськ, 2001, 2002, 2003 р.); - міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології на транспорті. Стан і основні напрямки развитку” (м. Київ, 14 – 17 травня 1998); - мiжнародній науковій конференції “Автоматика – 2000”, (м. Львів, Україна); - міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми механіки гірничо-металургійного комплексу” (м. Дніпропетровськ, 28 – 31 травня, 2002); - Міжнародній конференції “Проблемы оптимизации в механике деформируемого тела”, 1995 (м. Нижній Новгород, НГУ, Росія); - First International Conference on Evolutionary Computation and Its Applications. June 24 – 27, 1996. ( Moscow, Russia); - міжнародних науково-методичних конференціях “Комп’ютерне моделювання” (м. Дніпродзержинськ, 1999 – 2002); - семінарі “Проблеми керування та інформатики”, ДІІТ (м. Дніпропетровськ, 1998 – 2002); - науковому семінарі кафедр будівельної механіки, ЕОМ и комп’ютерних інформаційних технологій ДІІТу, (м. Дніпропетровськ, 2000, 2002, 2003).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 35 наукових працях, у тому числі у двох монографіях, у 13 статтях в наукових журналах, у 19 статтях в збірниках наукових праць, у одній статті в матеріалах міжнародної конференції.
Науковий журнал, академі́чний журна́л або науковий журнал, що рецензується або рецензований науковий журнал - журнал, в якому публікуються роботи із певної галузі академічної науки. Статті, що надсилаються до таких журналів, перед публікацією рецензуються незалежними фахівцями, які зазвичай, не входять до складу редакції журналу, а ведуть дослідження в областях, близьких до тематики статті.
Моногра́фія (англ. monograph, нім. Monographie f) - наукова праця у вигляді книги з поглибленим вивченням однієї або декількох (тісно пов'язаних між собою) тем.


Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, висновків і 6 додатків. Основний текст – на 292 сторінках, 72 рисунки, 43 таблиці, список використаних джерел із 290 найменувань на 28 сторінках, додатки на 166 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ


У вступі обгрунтована актуальність проблеми, сформульовані мета і задачі досліджень, розкрита наукова новизна результатів, їх практичне значення. Приводяться відомості про апробацію і публікацію результатів дисертації.

У першому розділі зроблено аналіз літератури з питань розвитку систем, технологій і методів щодо забезпечення ресурсозбереження на залізничному транспорті, встановлено сучасні напрямки розвитку методів ресурсозбереження при управлінні тягою поїздів, удосконалення та розвитку багаторівневих систем управління, напрямків та задач, які пов’язані з розробкою методів по удосконаленню конструкцій рухомого складу і забезпечують підвищення ефективності процесу перевезень. Розглянуто задачі управління тягою поїздів з урахуванням стохастичних характеристик досліджуваних процесів і перемінної ціни електроенергії, а також задачі удосконалення конструкцій рухомого складу по вектору показників ефективності систем. Розкрито напрямки: - дослідження можливостей ресурсозбереження за рахунок застосування системного підходу до задач розрахунку режимів ведення поїздів (ЗРВП) і проектування конструкцій рухомого складу, - основні шляхи, методи та засоби удосконалення та оптимізації режимів ведення поїздів за критеріями мінімуму електроспоживання на тягу і вартості спожитої електричної енергій при перемінних у часі тарифах, побудова компромісно-оптимальних режимів ведення поїздів.

Систе́мний підхі́д (англ. Systems thinking - системне мислення) - напрям методології досліджень, який полягає в дослідженні об'єкта як цілісної множини елементів в сукупності відношень і зв'язків між ними, тобто розгляд об'єкта як модель системи.

Потреба у розвитку проблеми ресурсозбереження при оптимізацій режимів тяги і удосконаленні конструкцій рухомого складу (РС) представлена на різних рівнях управління процесами перевезень і зв'язана з їхньою високою складністю, комплексністю і багатосторонністю. Відзначено значний внесок у рішення задач, присвячених рухомому складу залізниць що розглядаються, в роботах багатьох вчених: Айзінбуда К.С., Балона Л.В., Бірюкова І.В., Блохіна Є.П., Богомаза Г.І., Боднаря Б.Є., Босова А.А., Браташа В.О., Галієва І.І., Гетьмана Г.К., Голубенка О.Л., Дановича В.Д., Дьоміна Ю.В., Камаєва В.А., Кельріха М.Б., Коротенка М.Л., Костроміна А.М., Коссова В.С., Коссова Є.Є., Лазаряна В.А., Лисицина Л.В., Манашкіна Л.А., Марквардта К.Г., Мирошніченко Р.І., Нікіфорова Б.Д., Палея Д.А., Петрова Ю.П., Почаєвця Е.С., Плакса П.В., Пузанова Н.Я., Розенфельда В.Е., Савоськіна А.М., Тибілова Т.А., Тартаковского Е.Д., Ушкалова В.Ф., Щербакова В.Г., Хусідова В.Д., інших.

Проведений аналіз і виконані у розділі розрахунки показали актуальність і ефективність комплексних досліджень режимів ведення поїздів (з урахуванням стохастичних характеристик електрорухомого складу, електротягової мережї, графіків руху, планування вагонопотоків і поїздопотоків). Через складність ЗРВП представлена багаторівневою задачею стохастичного програмування з рівнями: -1) аналіз і формування поїздопотоків, - 2) електротягова мережа, - 3) режими тяги. Встановлено, що рішення цих задач на сучасному теоретичному, експериментальному й інформаційному рівні можливе на основі розвитку методів векторної оптимізації (ВО) і математичного моделювання процесів за даними пасивних експериментів. Розрахунки і дослідження виявили суттєві особливості режимних карт тяги (РК), оптимальних по вартості при перемінній ціні електроенергії (оптовий ринок – ОРЕ, диференційовані тарифи – ДТ), і показали необхідність спектра оптимальних РК.

Одним з важливих напрямків досліджень по удосконалюванню конструкцій РС є застосування і розвиток методів оптимального проектування (ОПК). Аналіз показав істотний резерв комплексного підходу і потребу в створенні наукових основ для рішення задач векторної оптимізації в галузі залізничного транспорту. Виділена основна властивість векторного показника ефективності, що визначає ресурси систем, представлена у формі взаємної суперечливості компонентів цілі. У виконаних дослідженнях векторних задач оптимізації параметрів РС використано евристичні методи згортки компонентів цілі (Камаєв В.А., Коротенко М.Л., Савоськін А.М.), а також запропоновано методи розв’язання обернених задач щодо розрахунку вагових коефіцієнтів (Камаєв В.А., Малков В.П.). Напрямком подальшого розвитку цих досліджень є урахування багаторівневості складних систем, застосування аксіоматичного вибору принципу компромісу і розрахунки вагових коефіцієнтів цілі з урахуванням властивості компонентів вектору ресурсів, що виконано в роботі.

Значна складність стохастичних багаторівневих моделей по розрахунку характеристик і оптимізації конструкцій РС робить перспективним розвиток екстраполяційних методів проектування (Растригін Л.А.), а також застосування імітаційних моделей досліджуваних систем (Івахненко А.Г.), побудованих за даними спостережень об’єктів, що зменшує витрати обчислювальних ресурсів і обсяги експериментальних досліджень.

Обчи́слювальні ресу́рси - можливості, забезпечувані компонентами обчислювальної системи, що витрачаються (зайняті) в процесі її роботи.
Сучасні інформаційні технології забезпечення процесу перевезення також можуть бути використані для розрахунку параметрів моделей задач оптимального керування рухом поїзда: характеристик поїздопотока на ділянках, напруги на струмоприймачі при різних режимах роботи електротягових мереж.



На підставі аналізу сформульована мета та задачі дисертаційної роботи.

У розділі два отримано подальший розвиток стохастичної моделі задачі розрахунку оптимальних режимів ведення поїзда з урахуванням умов неповної інформації, коли ефективність рішення оцінюється одним або декількома показниками ресурсів (споживання і вартість електроенергії, час руху й ін.). Встановлено, що облік вартості електроенергії при перемінному тарифі оплати в різні періоди доби, істотно розширює зміст задачі ЗРВП і вимагає розробки удосконалених методів для її ефективної чисельної реалізації. В роботі задача ЗРВП включена у багаторівневу структуру цільових показників (обсяги перевезень, вектор ресурсів перевезення, – показники витрат електроенергії; – вартість електроенергії) і інших і полягає в розрахунку параметрів керування , що забезпечують ефективні значення вектора показників якості керування при виконанні системи вимог до заданих характеристик руху поїзда (з урахуванням профілю шляху, обмежень швидкості, заданого часу руху по ділянці, стохастичних властивостей напруги на струмоприймачі електровоза, температури електротягових двигунів). Задача для розрахунків РК тяги поїзда як гнучкої нитки довжини з погонною масою описується удосконаленою системою диференціальних рівнянь, що мають при різницевій апроксимації по параметрі “ ”, , , вид

  1   2   3   4


Скачати 0.77 Mb.

2021