Уровень реализации работы тягового электрооборудования (У2).
По аналогии с уровнем УВ, на данном уровне рассматривается подпроцесс, реализуемый в системе ограниченной собственными координатами объекта (в данном случае в системе ЭПС), без учета действия внешних сил, изменяющих импульс (количество движения) объекта (но при условии обмена энергией, материей и веществом с внешней средой - нагревание и остывание ТЭО, электромагнитные взаимодействия, изменение влажности и т.д.). Условно можно представить, что ЭПС подвешен на тросах над рельсами и, следовательно, внешние по отношению к ЭПС касательная сила тяги или силы сопротивления движению отсутствуют. В этом случае электрическая тяга, создаваемая ТЭО, реализуется в виде вращающего момента, приложенного к колесной паре или колесу.
Подпроцесс данного уровня характеризуется определенными алгоритмами работы ТЭО и системой косвенного управления, которые определяются паспортными электрическими и электромеханическими характеристиками входящих в них элементов. Данные алгоритмы формируются на этапе проектирования ЭПС и однозначно определяют реализуемые режимы работы, т.е. при идентичных внешних условиях ЭПС реализует идентичные характеристики. Это является особенностью данного уровня, заключающейся в том, что алгоритмы создания электрической тяги неизменны и определены на этапе проектирования путем использования ТЭО с определенными характеристиками. Изменение алгоритмов реализации электрической тяги требует изменения характеристик отдельных элементов электротехнического комплекса тягового электропривода.
Уровень управляемого движения ЭПС (У3). На данном уровне, по аналогии с уровнем УС, формируется подпроцесс взаимодействия ЭПС с окружающим пространством и его элементами. Так, при взаимодействии колесной пары с элементами пути возникает внешняя по отношению к ЭПС касательная сила тяги Гк, приводящая к движению, а электрические и электромеханические характеристики тягового электрооборудования формируют тяговую характеристику ЭПС. Создаваемая Ек является управляемой, что позволяет реализовать управляемое движение ЭПС. Управление ЭПС осуществляется либо водителем, либо системой автоведения. Различные параметры окружающего пространства, выражающиеся в физических характеристиках плана и профиля пути, климатических и погодных условий, напряжении на токоприемнике и т.д., определяют различные реализации электрической тяги.
Отличие данного уровня от следующего заключается в том, что в данном случае электрическая тяга, а следовательно, управляемое движение еще не является «целенаправленным», т.е. реализующим какую-то цель, в частности, перевезти пассажиров из одного пункта в другой, следуя в графике, при этом квалификация водителя на этом уровне не учитывается.
Уровень реализации технологического процесса ГЭТ (У4). На данном уровне, по аналогии с уровнем Уп, формируется подпроцесс взаимодействия ЭПС с окружающим пространством и его элементами с учетом их конкретных свойств и характеристик, например, реализация требуемой ходовой скорости на перегоне с учетом графика движения, обеспечение ограничения скорости на отдельных участках и т.д. Движение уже не просто «управляемое», а «целенаправленное», т.е. направленное на достижение конкретной цели - обеспечение перевозки пассажиров по маршрутной сети в соответствии с технологией перевозочного процесса ГЭТ и требованиями к качеству поездной работы. На данном уровне электрическая тяга зависит от уровня профессиональной квалификации водителя или машиниста ЭПС.
Уровень реализации производственного процесса ГЭТ (У5). Данный уровень системы построения электрической тяги основывается на «полученных знаниях» и соответствует уровню УЕ в теории построения движения. Его задачей является формирование «идеализированного» процесса электрической тяги, который стремятся реализовать нижестоящие уровни. Условно на этом уровне определяются «критерии» в соответствии с прогнозируемым «идеализированным» процессом, которые непрерывно корректируют процесс электрической тяги и предопределяют его (например, прогнозируемые уровень потребления электроэнергии, пассажиропоток и др.) Данный подпроцесс выстраивается с учетом стратегии производственного процесса ГЭТ.
Иерархичность процесса электрической тяги определяется тем, что подпроцессы нижних уровней входят в состав подпроцессов более высоких уровней (см. рис. 1). Процессы более высоких уровней «подчиняют» себе подпроцессы более низких - задают параметры и условия их реализации Л/. При этом, чем выше уровень системы, тем более сложную задачу реализации электрической тяги в системе ГЭТ он решает.
Так, например, подпроцесс управляемого движения ЭПС (У3) включает в свой состав подпроцесс реализации работы тягового электрооборудования (У2) и при этом входит в состав подпроцесса (У4), определяемого технологией перевозочного процесса. При этом все эти подпроцессы включают в себя подпроцессы приема, преобразования и распределения энергии, потребляемой ЭПС (подпроцесса энергообеспечения - У1), не формирующий движение, но являющийся обеспечивающим для всего процесса электрической тяги, а также подчиняются подпроцессу реализации стратегии производственного процесса транспортного производства (У5). Данный подпроцесс является высшим в данной иерархической системе, так как определяет требования и условия для реализации всех предыдущих подпроцессов.
Параллельность подпроцессов, происходящих на каждом уровне, обусловлена механизмом реализации электрической тяги и вертикальной иерархией уровней системы. Уровни более высокого порядка формируют свои подпроцессы не по окончании подпроцесса нижнего уровня системы, а в момент его реализации при непрерывном взаимодействии, что и определяет взаимосвязь подпроцессов. При этом реализацию своей специфической задачи вышестоящий уровень выстраивает на основе задачи нижестоящего уровня, полностью определяя условия и параметры ее реализации (см. рис. 1). электрический тяга перевозочный
Так, управляемое движение ЭПС (У3) на элементарном участке пути (с определенными параметрами) выстраивается на основе уровня реализации работы тягового электрооборудования ЭПС (У2), который формирует алгоритмы и режимы работы автоматизированного тягового электропривода ЭПС для конкретных условий (план и профиль заданного участка, климатические и погодные условия и др.) в которых выстраивается подпроцесс У3. При выполнении технологии перевозки ЭПС (У4) движение по маршрутной сети при соблюдении ходовой скорости и межпоездного интервала в условиях сложной дорожной обстановки реализуется на основе подпроцесса уровня управляемого движения ЭПС (У3) на элементарном участке, формирующегося с учетом условий поездной работы ЭПС. Аналогично выполняется построение движения для всех уровней.
Обмен энергетическими, материальными и информационными ресурсами между уровнями и внешней средой является одним из основных условий реализации процесса электрической тяги в открытой сложноорганизованной системе ГЭТ [11, 12]. Очевидно, что данное условие строго реализуется только в общем случае, а в реальных условиях, как правило, очевидны лишь некоторые взаимодействия. Так, например, очевидны обмены энергетическими (электрическая, тепловая, механическая энергия и др.), а также материальными ресурсами (в том числе финансовыми и кадровыми). В синергетической естественно-научной методологии при описании открытых сложноорганизованных систем используется определение «информация - как меры Порядка», в противовес понятию «энтропия - как мера Хаоса» [14]. Под обменом информационными ресурсами будем понимать любые взаимодействия, приводящие к «повышению Порядка» процессов и системы в целом. Это могут быть различные ограничения, условия и требования к параметрам протекающих процессов и явлений (различные для каждого уровня (подпроцесса)), выражающиеся в том числе и в регламентах, инструкциях, нормах и т.п. То есть все то, что ограничивает («упорядочивает») многочисленное множество (Хаос) вариантов реализации того или иного подпроцесса или его структуры. Условно структурная схема обмена энергетическими ЯЕ, материальными Ям и информационными Щ ресурсами между уровнями построения электрической тяги и внешней средой представлена на рис. 1.
Выводы
В ходе теоретического исследования на основании предложенной гипотезы авторами сформулирована концептуальная модель, представляющая технологический процесс электрической тяги, основной задачей которого является преобразование электрической энергии источника в целенаправленное механическое движение ЭПС, определяемое совокупностью иерархически выстроенных подпроцессов, каждый из которых, находясь в иерархическом подчинении подпроцесса вышестоящего уровня и формируя условия реализации подпроцесса нижестоящего, решает отдельную специфическую подзадачу построения движения.
Представленная теоретическая система позволит развить общую теорию тягового электрооборудования ГЭТ путем совершенствования методологических основ принципов формирования режимов работы ТЭО при реализации технологии перевозочного процесса в производственно-технической системе ГЭТ. Выявленные структурно-функциональные связи процесса реализации работы ТЭО, характеризующие архитектуру взаимодействия с другими техническими, технологическими и производственными процессами, обеспечивающими реализацию электрической тяги, позволят определить рациональные режимы и способы управления тяговым электроприводом ЭПС, адекватные реальным условиям эксплуатации ЭПС, что имеет не только теоретическую, но и практическую значимость.
Библиографический список
1. Исаев, И. П. Правила тяговых расчетов нуждаются в пересмотре / И. П. Исаев, А. Т. Головатый // Локомотив. - 1992. - № 8. - С. 6-8.
2. Эйдукс, Я. Методики тяговых расчетов требуют уточнения / Я. Эйдукс // Железнодорожник Латвии. - 1993. - № 50. - С. 8-9.
3. Осипов, С. И. Рациональные режимы вождения поездов и испытания локомотивов / С. И. Осипов, Е. В. Горчаков, И. П. Исаев, Л. Г. Козлов. - Москва : Транспорт, 1984. - 280 с.
4. Розенфельд, В. Е. Теория электрической тяги / В. Е. Розенфельд, И. П. Исаев, Н. Н. Сидоров. - Москва : Транспорт, 1983. - 328 с.
5. Хакимов, Э. М. Диалектика иерархии и не иерархии в философии и научном знании / Э. М. Хакимов. - Казань : ФЭН, 2007. - 288 с.
6. Специфика электрической тяги городского транспорта / Ю. А. Рылов, А. Э. Ауха- деев, В. В. Гришина, А. Р. Салихова, Р. А. Рашитова // Вестник современных исследований. - 2017. - № 11-1 (14). - С. 250-253.
7. Аухадеев, А. Э. Городской электрический транспорт с позиций синергетической методологии / А. Э. Аухадеев, Р. С. Литвиненко, Ю. А. Рылов, А. Г. Хайруллин // Мир транспорта и технологических машин. - 2018. - № 1 (60). - С. 67-73.
8. Бернштейн, Н. А. О построении движений / Н. А. Бернштейн. - Москва : Мед- гиз, 1947. - 234 с.
9. Платонов, А. К. О построении движений в баллистике и мехатронике / А. К. Платонов // Прикладная механика и управление движением. - Москва : ИПМ им. М. В. Келдыша, 2010. - С. 127-222.
10. Сопов, В. И. Системы электроснабжения электрического транспорта на постоянном токе / В. И. Сопов, Н. И. Щуров. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2013. - 728 с.
11. Хакен, Г. Синергетика / Г. Хакен : пер. с англ. канд. физ.-мат. наук В. И. Емельянова ; общ. ред. д-ра физ.-мат. наук, проф. Ю. Л. Климонтовича и д-ра физ.- мат. наук С. М. Осовца. - Москва : Мир, 1980. - 423 с.
12. Аухадеев, А. Э. Саморазвитие транспортной системы современного города: Поиск инновационной модели интеллектуального управления / А. Э. Аухадеев. - Москва : ВИНИТИ, 2014. - 220 с.
13. Деев, В. В. Тяга поездов / В. В. Деев, Г. А. Ильин, Г. С. Афонин. - Москва : Транспорт, 1987. - 264 с.
14. Пригожин, И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой / И. Приго- жин, И. Стенгерс : пер. с англ. ; общ. ред. В. И. Аршинова, Ю. Л. Климонтовича, Ю. В. Сагнова. - Москва : Прогресс, 1986. - 432 с.
References
1. Isaev I. P., Golovatyy A. T. Lokomotiv [Locomotive]. 1992, no. 8, pp. 6-8. [In Russian]
2. Eyduks Ya. Zheleznodorozhnik Latvii [Railroad Latvia]. 1993, no. 50, pp. 8-9. [In Russian]
3. Osipov S. I., Gorchakov E. V., Isaev I. P., Kozlov L. G. Ratsional'nye rezhimy vozhdeniya poezdov i ispytaniya lokomotivov [Rational modes of train driving and testing of locomotives]. Moscow: Transport, 1984, 280 p. [In Russian]
4. Rozenfel'd V. E., Isaev I. P., Sidorov N. N. Teoriya elektricheskoy tyagi [Theory of electric traction]. Moscow: Transport, 1983, 328 p. [In Russian]
5. Khakimov E. M. Dialektika ierarkhii i ne ierarkhii v filosofii i nauchnom znanii [Dialectics of hierarchy and non-hierarchy in philosophy and scientific knowledge]. Kazan: FEN, 2007, 288 p. [In Russian]
6. Rylov Yu. A., Aukhadeev A. E., Grishina V. V., Salikhova A. R., Rashitova R. A. Vestniksovremennykh issledovaniy [Bulletin of modern research]. 2017, no. 11-1 (14), pp. 250-253. [In Russian]
7. Aukhadeev A. E., Litvinenko R. S., Rylov Yu. A., Khayrullin A. G. Mir transporta i tekhnologicheskikh mashin [World of transport and technological machines]. 2018, no. 1 (60), pp. 67-73. [In Russian]
8. Bernshteyn N. A. O postroenii dvizheniy [On the construction of movements]. Moscow: Medgiz, 1947, 234 p. [In Russian]
9. Platonov A. K. Prikladnaya mekhanika i upravlenie dvizheniem [Applied mechanics and motion control]. Moscow: IPM im. M. V. Keldysha, 2010, pp. 127-222. [In Russian]
10. Sopov V. I., Shchurov N. I. Sistemy elektrosnabzheniya elektricheskogo transporta na postoyannom toke [Systems of power supply of electric transport on a direct current]. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2013, 728 p. [In Russian]
11. Khaken G. Sinergetika: per. s angl. kand. fiz.-mat. nauk V. I. Emel'yanova [Synergetics : transl. from English kand. physical and mathematical sciences V. I. Emelyanova]. Moscow: Mir, 1980, 423 p. [In Russian]
12. Aukhadeev A. E. Samorazvitie transportnoy sistemy sovremennogo goroda: Poisk in- novatsionnoy modeli intellektual'nogo upravleniya [Self-development of the transport system of the modern city: Search for an innovative model of intellectual management]. Moscow: VINITI, 2014, 220 p. [In Russian]
13. Deev V. V., Il'in G. A., Afonin G. S. Tyagapoezdov [Train pull]. Moscow: Transport, 1987, 264 p. [In Russian]
14. Prigozhin I., Stengers I. Poryadok iz khaosa: Novyy dialog cheloveka sprirodoy: per. s angl. [Order out of chaos: man's New dialogue with nature : transl. from English]. Moscow: Progress, 1986, 432 p. [In Russian]