1.4. Резервирование. Резервы пропускной, перерабатывающей и провозной способности транспортных систем
Проблема резервов провозной способности на железнодорожном транспорте особенно актуальна: по прогнозным данным, отправление грузов в ближайшей перспективе значительно увеличится. Планируется и значительный рост перевозочной работы. В связи с этим комплексной долговременной программой развития транспорта предусмотрено решение ряда крупных народнохозяйственных задач, в частности увеличение пропускной и провозной способности железных дорог и создание необходимых резервов обеспечения грузовых и пассажирских перевозок с высоким уровнем эксплуатационной надежности.
Необходимость наличия резервов на железнодорожном транспорте определяется не только ростом объемов перевозочной работы, но и высоким заполнением пропускной способности на ряде направлений при существующих транспортных потоках. В настоящее время более 50 % сети дорог работает с заполнением пропускной способности выше технологически допустимого уровня. Минимальный допустимый резерв пропускной способности 20—25 % на ряде линий полностью исчерпан, на других линиях он весьма недостаточен— от 5 до 10%.
Важный фактор создания резервов—широкое применение передового опыта и улучшение использования технических средств, интенсификация производственных процессов. Так, на передовых сортировочных станциях сети Люблино-Сортировочное, Минск-Товарный, Пермь-Сортировочная, Нижнеднепровск-Узел и ряде других транзитные вагоны с переработкой находятся по 6 ч и менее. На других станциях этот простой выше в 1,5—2,5 раза и они имеют большие потенциальные возможности (резервы) увеличения переработки вагонов за счет технологических и организационных мер.
Наличие резервов — решающий показатель эксплуатационной надежности работы транспортных систем. Причем необходимы резервы не только провозной, пропускной и перерабатывающей способности: крупные подразделения сети — дороги, полигоны, сеть в целом для обеспечения высокого уровня эксплуатационной надежности должны иметь резервы подвижного состава: вагонов, электровозов, тепловозов.
Для обеспечения эксплуатационной работы с заданными параметрами надежности необходимы также резервы топлива, рельсов, запасных частей и оборудования для текущих и восстановительных ремонтов подвижного состава, устройств пути, автоматики, телемеханики и связи и других систем транспорта. Транспортные системы должны развиваться не только для освоения возрастающих объемов перевозочной работы, но и с учетом восстановления ранее исчерпанных резервов провозной способности, подвижного состава и других материальных ресурсов. Вся система и структура резервирования направлены на резкое сокращение последствий отказов и обеспечение заданной работоспособности систем. Как и проблема надежности в целом, резервирование представляет собой сложную технико-экономическую задачу. Резервирование как раздел теории надежности содержит ряд терминов и определений. Рассмотрим эти определения.
Избыточность. Это — дополнительные средства (локомотивы, вагоны, пути, запасные части и др.) или возможности (провозная, пропускная способность, перерабатывающая способность и др.) сверх минимально необходимых для выполнения системой заданных функций.
Резервирование. Это — метод повышения надежности объекта (станции, грузового фронта, контейнерного терминала, железнодорожного узла, участка, линии и др.) введением избыточности.
Большое значение для этих и других транспортных систем имеет временное резервирование как метод повышения надежности системы, предусматривающий использование избыточности времени. Это метод резервирования для железнодорожных линий, когда резерв пропускной способности выражается временем расчетных суток, которое непосредственно не занято пропуском любых категорий поездов. Это время может конкретно выражаться в виде резервных ниток графика движения. Если число этих ниток Np, а расчетный временной интервал I, то время резерва для расчетных суток будет (I + 1)Nр.
В этот период времени в зависимости от роли системы в перевозочном процессе и технико-экономических возможностей могут проводиться профилактический осмотр и ремонт элементов системы. В общем случае часть расчетного времени работы системы Т (для станций, узлов, линий, направлений — сутки) необходимо выделять для проведения ремонтно-профилактических работ. Обозначим его Т0. Отношение этого времени к расчетному называют коэффициентом избыточности времени или коэффициентом резерва:
В случае совмещения резерва с проведением ремонтно-профилактических работ устройств пути и контактной сети оставшееся время Т—Т0 должно использоваться для пропуска поездов. Такое совмещение возможно только при условии идеальной надежности движения поездов. Поскольку в реальных условиях возникают отказы локомотивов и вагонов, крепления груза, отказы постоянных устройств и др., то для обеспечения заданной эксплуатационной надежности работы необходимо выделить резерв времени Т1, предназначенный для обеспечения пропуска заданных размеров движения в условиях возможных отказов. Коэффициент резерва
(1-2)
Резервы времени Т0 и Т1 вместе взятые обеспечивают работоспособность на текущий год эксплуатации системы, но не предусматривают возможности освоения возрастающих объемов перевозочной работы без снижения некоторого заданного уровня эксплуатационной надежности PN (t) работы системы (станции, участка, узла). Если выделить резервы Т0 и Т1, то с ростом объемов работы система начинает работать в условиях затяжных отказов. Следовательно, необходим еще один временной резерв Т2 в расчете на рост объема работы системы в течение текущего этапа, когда ее технические возможности сколько-нибудь существенно не увеличиваются (для транспортных капиталоемких систем 10—15 лет).
Коэффициент резерва для освоения перспективного объема работы
(ЕЗ)
а общий коэффициент резерва с учетом времени, выделенного на проведение ремонтно-профилактических работ,
В теории надежности предусматривается также структурное резервирование как метод повышения надежности объекта, предусматривающий избыточность структурных элементов. Применительно к таким системам, как станции всех типов и узлы, структурное, как и другие виды резервирования, не проработано в достаточной степени для обеспечения работоспособности в условиях роста объемов работы. В этом случае под резервными будем понимать такие элементы системы, которые используются для обеспечения ее работоспособности в случае отказа основного элемента. Основной элемент — такой элемент структуры системы, который, безусловно,
необходим для обеспечения работоспособности. В качестве основного элемента сортировочной станции, например, можно рассматривать сортировочную горку в целом или пути надвига и роспуска, если это однопутная горка, входы и выходы из основных парков станции и другие элементы. Структурное резервирование необходимо также для обеспечения работоспособности системы в условиях реконструкции, развития, ремонта основных элементов.
Широко используют также скользящее резервирование, когда группа основных элементов системы резервируется одним или несколькими элементами. Скользящее резервирование должно быть использовано при установлении необходимого числа путей в основных парках, оперативном распределении сортировочной работы в узлах и в ряде других случаев. При установлении резервов пропускной и перерабатывающей способности, определении путевой мощности парков необходимо использовать смешанное резервирование, при котором совмещаются в одной системе различные виды резервирования.
Различают также нагруженный резерв, когда резервный элемент находится в том же рабочем режиме, что и основной. Это, например, дублирующие ЭВМ в АСУ сортировочными станциями и других автоматизированных системах.
Ненагруженный резерв — резервный элемент, который не несет эксплуатационных нагрузок. К такому резерву можно отнести резервы вагонов, тепловозов, электровозов и др.