СТРУКТУРИРОВАНИЕ  ИНФОРМАЦИИ  О  СИСТЕМЕ  «КОЛЕСО-РЕЛЬС»  С  ПОМОЩЬЮ  ТЕХНОЛОГИЙ  ЭКСПЕРТНЫХ  СИСТЕМ

Евельсон  Лев  Игоревич

канд.  техн.  наук,  профессор  БГИТА,  г.  Брянск

E-mail:  levelmoscow@mail.ru

Хандыго  Валентина  Геннадьевна

старший  преподаватель,  БГИТА,  г.  Брянск

E-mail: 

STRUCTURIZATION  OF  INFORMATION  REGARDING  SYSTEM  “WHEEL-RAIL”  BY  EXPERT  SYSTEMS  TECHNOLOGY

Lev  Evelson

ph.D.,  Professor  of  Bryansk  State  Academy  of  Engineering  and  Technology,  Bryansk

Valentina  Khandygo

associated  professor,  Bryansk  State  Academy  of  Engineering  and  Technology,  Bryansk

АННОТАЦИЯ

На  основе  системного  подхода  рассматривается  взаимодействие  железнодорожного  подвижного  состава  и  пути.  Проанализированы  основные  факторы,  влияющие  на  взаимодействие  колеса  и  рельса.  Показаны  возможности  применения  технологии  экспертных  систем  для  структурирования  информации  и  результатов  исследований  и  эксплуатации  системы  колесо-рельс.

ABSTRACT

A  system  approach  is  used  for  consideration  of  interaction  between  railway  car  and  rail.  The  main  factors  influencing  on  the  interaction  between  wheel  and  rail  had  been  concerned.  Usabilities  of  the  expert  systems  technology  for  ordering  of  information  and  experimental  results  regarding  wheel-rail  system.

Ключевые  слова:  колесо;  рельс;  факторы;  коэффициент  уверенности;  трибодинамическое  моделирование;  информационное  моделирование;  экспертные  системы.

Keywords:  wheel;  rail;  factors;  insurance  coefficient;  tribodynamic  modeling;  information  modeling;  expert  systems.

Взаимодействию  подвижного  состава  и  рельсового  пути,  в  частности  колеса  и  рельса,  ежегодно  уделяется  особое  внимание.  От  правильного  решения  задач,  связанных  с  проектированием,  эксплуатацией,  мониторингом  и  содержанием  колес  и  рельсов,  компонентов  экипажа  и  пути,  определяющих  их  работу,  зависит  безопасность  движения  поездов,  величина  затрат  энергии  на  преодоление  трения,  надежность  и  долговечность  подвижного  состава  и  пути  и  другие  показатели,  имеющие  большую  экономическую  составляющую.  Естественно,  что  проблемы  взаимодействия  подвижного  состава  и  рельсового  пути  многогранны  и  решение  только  небольшой  их  части  позволит  не  только  снизить  огромные  убытки  от  износа  и  усталостных  повреждений,  но  и  уменьшить  вероятность  схода  с  рельсов.

В  данной  предметной  области  проведено  уже  много  исследований,  в  результате  которых  накоплено  большое  количество  разнородной  информации.  Анализ  показывает,  что  пока  достичь  удовлетворительного  решения  проблемы  не  удалось.  Для  решения  практических  задач,  связанных  с  взаимодействием  колеса  и  рельса  необходимо  применять  системный  подход,  который  охватывает  все  основные  трибологические  свойства  взаимодействия  пути  и  подвижного  состава. 

В  соответствии  с  системным  подходом  происходит  структурирование  разнородной  информации  об  элементах  системы  колесо-рельс  и  взаимосвязях  между  ними  и  на  ее  основе  осуществляется  формирование  информационной  модели  системы  колесо-рельс.  В  информационной  модели  описываются  входы  и  выходы,  управляемые  и  неуправляемые  факторы  и  другая  информация.  В  качестве  входных  параметров  выступает  информация  о  факторах,  влияющих  на  триботехнические  характеристики.  Среди  этих  факторов,  конструктивные  особенности  тележек,  профили  колес  и  рельсов,  наличие  смазки,  влажность  воздуха,  наличие  загрязнений  и  многие  другие.  В  зависимости  от  ситуации  влияние  факторов  может  проявляться  в  различной  степени.

К  внутрисистемным  относят  такие  параметры  как  параметры  пути  и  колесных  пар  подвижного  состава,  сочетание  материалов  и  видов  технологической  обработки  рельса  и  колес. 

Для  структурирования  и  дальнейшего  использования  накапливаемой  информации  на  основе  информационной  модели  строится  информационная  система. 

Основным  результатом  ее  работы,  т.  е.  выходными  параметрами,  являются  рекомендации,  направленные  на  снижение  износа  и  усталостной  повреждаемости  в  системе  колесо-рельс,  обеспечение  наименьшей  вероятности  схода  подвижного  состава  с  рельсов  и  достаточной  силы  тяги,  а  также  выбор  параметров  материалов  колеса  и  рельса.

Для  построения  адекватных  моделей  системы  колесо-рельс  традиционные  методы  математического  моделирования  часто  недостаточны.  Для  решения  данной  проблемы  надо  применять  современные  методы  исследования  сложных  систем,  использующие,  в  сочетании  с  традиционными,  также  нечеткие  математические  модели  и  технологии  искусственного  интеллекта.

На  основе  выполненного  анализа  большого  количества  работ,  направленных  на  выявление  природы  взаимодействия  ходовой  части  железнодорожного  подвижного  состава  и  рельсового  пути,  было  выделено  свыше  ста  пятидесяти  факторов,  существенно  влияющих  на  этот  процесс.  Присутствуют  и  количественные,  и  качественные  факторы,  которые  приходится  совместно  учитывать  в  математических  и  компьютерных  имитационных  моделях.

Пример  фрагмента  списка  факторов,  влияющих  на  сцепление  в  системе  колесо-рельс,  созданного  на  основе  анализа  различных  источников,  представлен  в  таблице  1.

Таблица  1.

Фрагмента  списка  факторов,  влияющих  на  сцепление  в  системе  колесо-рельс

В  результате  анализа  разнообразных  информационных  источников  было  сформировано  более  700  правил  типа  «ЕСЛИ...ТО»,  заложенных  в  базу  знаний.  Правила  были  распределены  по  30  группам  в  соответствии  с  основными  факторами,  наиболее  сильно  влияющими  на  выходные  характеристики  системы  колесо-рельс.

Далее,  для  отдельного  правила  продукционной  модели  назначался  коэффициент  уверенности  (КУ),  определяемый  по  разработанной  методике  в  зависимости  от  вида  источника  информации,  характера  входящих  в  правило  факторов  и  т.  д.  КУ  для  составных  правил  определялись  по  Байесовской  модели  через  КУ  входящих  в  них  простых  правил. 

К  созданию  информационной  системы  были  поставлены  следующие  технические  требования:  модульность,  процедурно-объектный  подход,  наличие  визуальной  библиотеки  и  большого  количества  типов  данных,  в  том  числе,  возможность  создание  пользовательских  типов  данных. 

Были  выбраны  язык  Pascal,  среда  разработки  Delphi  7,  которая  удовлетворяет  поставленным  требованиям.  Данное  средство  является  визуальным,  что  заметно  облегчает  создание  простого  и  понятного  пользователю  интерфейса  и  поддерживает  как  процедурный,  так  и  объектный  подход  к  программированию.

В  качестве  СУБД  использовалась  реляционная  система  управления  базами  данных  MS  Access.

Пользовательский  интерфейс,  разрабатываемой  системы  обеспечивает  реализацию  информационной  связи  между  пользователем  и  системой  на  всех  этапах  функционирования:

·     Внесение  новых  и  корректировка  уже  имеющихся  правил,  назначение  коэффициентов  уверенности;

·     Вывод  логических  цепочек;

·     Вывод  итогового  отчета  по  решенной  задаче.

На  начальном  этапе  пользователь  вводит  в  систему  факты,  относящиеся  к  конкретной  решаемой  задаче.  Для  каждого  введенного  пользователем  факта  производится  верификация.  При  положительном  исходе  он  перемещается  в  рабочую  память,  где  факту  присваивается  некоторое  значение  коэффициента  уверенности.  Соответствующие  фрагменты  интерфейса  пользователя  представлены  на  Рисунках  1  и  2.

Рисунок  1.  Основное  окно:  результат  работы  программы

Рисунок  2.  Фрагмент  интерфейса  верификации  исходных  фактов

Таким  образом,  создана  основа  для  продолжения  работ  по  созданию  и  подготовке  к  внедрению  интегрированной  экспертной  системы,  которую  можно  будет  применять  совместно  с  САПР,  представленными  на  российском  рынке.

Список  литературы:

1.Евельсон  Л.И.,  Захаров  С.М.,  Памфилов  Е.А.,  Рафаловская  М.Я.  Компьютерная  технология  анализа  и  синтеза  узлов  трения  на  основе  баз  данных  и  экспертных  систем.  /  Л.И.  Евельсон,  С.М.  Захаров,  Е.А.  Памфилов,  М.Я.  Рафаловская  //  Трение  и  износ.  —  2000.  —  Т.  21.  —№  4.  —  С.  380—385. 

2.Евельсон  Л.И.,  Хандыго  В.Г.  Информационная  система  для  выбора  материалов  ходовой  части  железнодорожного  подвижного  состава  //  Информационные  технологии,  энергетика  и  экономика.  Сборник  трудов  8-ой  Межрег.  (Межд.)  науч.-техн.  конф.  студентов  и  аспирантов.  В.3  т.  —  Т.  1.  —  2011.  —  С.  120—124.

3.Захаров  С.М.,  Погорелов  Д.Ю.,  Симонов  В.А.  Анализ  влияния  параметров  экипажа  и  пути  на  интенсивность  износа  в  системе  колесо-рельс  (на  основе  полного  факторного  эксперимента).  /  С.М.  Захаров,  Д.Ю.  Погорелов,  В.А.  Симонов//  Вестник  ВНИИЖТ.  —  2010.  —  №  2.  —  С.  31—35.

4.Теоретические  основы  системного  анализа.  /  Новосельцев  В.И.  и  др.;  под  ред.  Новосельцева  В.И.  М.:  Майор,  2006.  —  592  с.