Politechnika Wrocławska Instytut Inżynierii Lądowej Zakład Infrastruktury Transportu Szynowego METODY KOMPUTEROWE W DROGACH KOLEJOWYCH

Transkrypt

1 Politechnika Wrocławska Instytut Inżynierii Lądowej Zakład Infrastruktury Transportu Szynowego METODY KOMPUTEROWE W DROGACH KOLEJOWYCH Ćwiczenia laboratoryjne dla studentów specjalności ITS INSTRUKCJA do ćwiczenia DONG System ekspercki podejmowania decyzji o naprawach głównych WROCŁAW 2008

2 1. Informacje ogólne System DONG jest systemem eksperckim wspomagającym podejmowanie decyzji o konieczności przeprowadzenia naprawy głównej linii kolejowej. Decyzje te są podejmowane na podstawie: - warunków eksploatacyjnych linii, - cech konstrukcyjnych nawierzchni, - stanu utrzymania nawierzchni. System DONG jest połączeniem metod algorytmicznych z bazami wiedzy. Użytkownik systemu udziela odpowiedzi na zadawane mu pytania. Odpowiedzi te powinny być poprzedzone dobrym rozpoznaniem analizowanego odcinka toru metodami stosowanymi w praktyce utrzymania nawierzchni. Osoby dysponujące danymi, których uzyskanie wymaga sprzętu laboratoryjnego lub aparatury badawczej mogą wykorzystać te dane, wybierając odpowiednie opcje. Ocenie przy użyciu systemu DONG należy poddawać odcinki torów równe co najmniej długości szlaku, przy czym ocena każdego pojedynczego kilometra takiego odcinka także może być brana pod uwagę. W przypadku dużego zróżnicowania stanu toru na jego długości, do oceny należy wybierać miejsca najgorsze, stanowiące jednak nie mniej niż 5 % jego długości. Zadaniem studenta w ramach ćwiczenia jest dokonanie przy pomocy programu DONG oceny konieczności przeprowadzenia naprawy głównej toru dla danych określonych w protokole przeglądu badawczego, który należy pobrać od prowadzącego na początku zajęć. Protokoły zwierają dane częściowo fikcyjne - dostosowane do celów dydaktycznych. Wyniki oceny wraz z danymi należy zapisać w postaci plików na twardym dysku, które po wyjściu z programu DONG należy przegrać na dyskietkę i oddać prowadzącemu zajęcia przed ich zakończeniem. 2. Praca z programem W celu uruchomienia programu, z pulpitu środowiska Windows otwieramy folder "Koleje", a następnie wybieramy ikonę programu "DONG". Po uruchomieniu programu na ekranie ukazuje się okno zawierające jego stronę tytułową. UWAGA: Program DONG został opracowany dla systemu operacyjnego DOS, dlatego do komunikowania się z programem musimy używać wyłącznie klawiatury (myszka jest nieaktywna). Po naciśnięciu dowolnego klawisza program przechodzi do wyglądu pokazanego na rys.1, z zapytaniem o uzasadnienie potrzeby przeprowadzenia oceny. Rys.1 2

3 Wyświetlany z prawej strony ekranu komentarz "T/N" oznacza, że wyboru pozycji z listy dokonujemy poprzez naciśnięcie klawisza "T", natomiast odrzucenia - poprzez naciśnięcie klawisza "N". Ze względu na czysto dydaktyczny charakter naszego ćwiczenia należy wybrać ostatnią z prezentowanych przyczyn: "Sprawdzenie tylko dla celów edukacyjnych", dlatego w przypadku pierwszych jedenastu pozycji z listy naciskamy klawisz "N" (po ich prawej stronie pojawia się komentarz "NIE"), a dopiero przy ostatniej dwunastej naciskamy klawisz "T" (po jej prawej stronie powinien pojawić się komentarz "TAK"). Po zakończeniu procedury wskazywania przyczyn (może ich być więcej niż jedna) program w dolnej części ekranu przybiera wygląd pokazany na rys.2. Rys.2 Wybierając klawisz "P" możemy dokonać korekty przeprowadzonego przed chwilą wyboru, natomiast wybierając klawisz "C" przechodzimy do dalszej części programu. Na ekranie ukazuje się menu górne programu przedstawione na rys.3. Rys.3 Pierwsze osiem komend otwiera okna kolejnych bloków wprowadzanych danych, natomiast ostatnia komenda umożliwiająca prezentację wyników oceny, wczytanie danych z dysku oraz zakończenie pracy z programem. Przechodzenia pomiędzy komendami menu górnego dokonujemy przy użyciu klawiszy " " albo " ", natomiast wyboru podświetlonej komendy poprzez naciśnięcie klawisza "Enter". 2.1 Wprowadzanie danych Na podstawie danych z protokołu przeglądu badawczego przeprowadźmy procedurę wprowadzania danych do ośmiu kolejnych bloków, począwszy od komendy "Linia". Podczas wprowadzania danych program automatycznie otwiera listy proponowanych pozycji. Wyboru odpowiedniej z nich dokonujemy klawiszami " " albo " " zatwierdzając poprzez naciśnięcie klawisza "Enter". Wprowadzanie danych liczbowych odbywa się na dwa sposoby: - poprzez bezpośrednie ich wpisywanie z klawiatury w podświetlonych miejscach i potwierdzanie klawiszem "Enter", - poprzez zwiększanie lub zmniejszanie klawiszami " " albo " " wartości podpowiadanych już przez program i potwierdzenie klawiszem "Enter". Po wprowadzaniu wszystkich informacji do bloku danych, program w dolnej części ekranu przybiera wygląd pokazany na rys.2 dając możliwość wprowadzenia poprawek albo przejścia do dalszej jego części. Przy wprowadzaniu danych do bloku "Linia", po wyborze toru na łuku program przedstawia podpowiedzi dotyczące sposobu postępowania w przypadku kilku łuków na 3

4 długości analizowanego odcinka (należy wprowadzić promień łuku najmniejszego wraz z występującą na jego długości przechyłką). Przy wprowadzaniu danych do bloku "V i Q" (prędkości i naciski osi) należy podawać maksymalne wartości obu tych wielkości, ale w powiązaniu ze sobą - to znaczy jako przypisane do konkretnego pojazdu. Przykładowo jeśli po analizowanym odcinku toru odbywa się zarówno szybki ruch pasażerski jak i ciężki ruch towarowy, to gdy jako prędkość maksymalną podamy prędkość lokomotywy EP09 (160 km/h), jako maksymalny nacisk osi należy podać również nacisk dla tej lokomotywy (205 kn), a nie np. większy pod względem wartości nacisk węglarek 415W (225 kn), dla których prędkość maksymalna jest niższa (100 km/h). Z tego względu w naszym ćwiczeniu analizę należy przeprowadzić w dwóch częściach: osobno dla ruchu pasażerskiego, a osobno dla towarowego. W pierwszej części wprowadzania danych w bloku "V i Q" podajmy parametry odpowiednie dla ruchu pasażerskiego. Dla ułatwienia, w momencie wprowadzania danych dotyczących pojazdu szynowego w dolnej części ekranu dostępna staje się poprzez naciśnięcie klawisza "C" pomocnicza baza danych zawierająca parametry ważniejszych lokomotyw i wagonów (naciski osi, rozstaw osi w wózku, prędkość maksymalna). Do jej przeglądania należy używać klawiszy "N" (następne) i "P" (poprzednie), a do zakończenia korzystania z bazy - klawisza "K". W bazie brakuje jednak liczby osi w wózku, o które pyta DONG. Jedynie w przypadku lokomotywy ET21 oraz innych posiadających w kolumnie "UWAGI" opis: Co-Co należy przyjmować trzy osie w wózku, w przypadku pozostałych pojazdów - dwie. W przypadku wózków trzyosiowych podaje się rozstaw miedzy osiami sąsiednimi (dla dwu różnych wartości - wartość mniejszą). W przypadku wagonów ostojnicowych (z pojedynczymi osiami zamiast wózków) podaje się dwie osie i rozstaw między nimi. Przy określaniu prędkości maksymalnej należy ponadto skonfrontować określoną w protokole przeglądu badawczego maksymalną prędkość dopuszczalną na długości analizowanego odcinka z maksymalną prędkością z jaką może się poruszać określony w protokole przeglądu badawczego pojazd szynowy (lokomotywa - w pierwszej albo węglarka - w drugiej części analizy) i ostatecznie wprowadzić do programu zawsze mniejszą z tych prędkości. Przy wprowadzaniu danych do bloku "Szyny", przy określaniu gatunku stali program przedstawia podpowiedzi ułatwiające dokonanie właściwego wyboru. Co do gatunku stali St 90 PA, to wartość Rm=880 MPa odpowiada stali niehartowanej, natomiast Rm=1100 MPa odpowiada stali hartowanej. Przy określaniu wartości zużycia pionowego i bocznego szyn w dolnej części ekranu wyświetlone zostają pomocnicze tabele przedstawiające wartości graniczne tego zużycia. Przy zużyciu bocznym przekraczającym 4 mm program pyta, czy kąt zużycia bocznego jest mniejszy niż 55. Przy określaniu średniej ilości pęknięć i złamań szyn na 1 km toru, w przypadku toru klasycznego (stykowego) program pyta o liczbę tych pęknięć również w spoinach termitowych - podajemy oczywiście wartość 0. Przy wprowadzaniu danych do bloku "Podkłady" w dolnej i prawej części ekranu program przedstawia podpowiedzi ułatwiające dokonanie właściwego wyboru. W niektórych przypadkach po wprowadzeniu nieodpowiednich wartości liczbowych program podaje ostrzegawczy sygnał dźwiękowy (np. po wprowadzeniu rozstawu podkładów mniejszego niż 300 mm). Nie oznacza to jednak zawieszenia się programu, należy na nowo wprowadzić poprawną wielkość. Przy wprowadzaniu danych do bloku "Podsypka" w środkowej części ekranu program przedstawia podpowiedzi ułatwiające dokonanie właściwego wyboru w rubryce "Stan podsypki". 4

5 Przy wprowadzaniu danych do bloku "Grunt", program przedstawia dwie możliwości przeprowadzenia tej procedury. Pierwsza z nich ("Poprzez ustalenie rodzaju i stanu gruntu...") odbywa się w oparciu o analizę makroskopową (wizualne rozpoznanie), druga natomiast ("Poprzez bezpośrednie wprowadzenie...") - w oparciu o wyniki badań laboratoryjnych. W naszym ćwiczeniu korzystamy wyłącznie z pierwszej możliwości!!! Odpowiedniego wyboru dokonujemy klawiszami " " albo " ", tak aby spowodować przesunięcie symbolu ">>>>>>" we właściwe miejsce, po czym zatwierdzamy klawiszem "Enter". W przypadku niektórych gruntów program zadaje pytanie: CZY PODAC DANE DLA TEGO GRUNTU T/N Naciskając klawisz "T" możemy zapoznać się z niektórymi parametrami (kąt tarcia wewnętrznego, spójność, moduł odkształcenia) wprowadzonego gruntu. Przy wprowadzaniu danych do bloku "Nierown." w dolnej części ekranu program przedstawia pomocnicze komentarze przedstawiające wartości odchyłek dopuszczalnych. Przy wprowadzaniu maksymalnych wartości nierówności poziomych (strzałek) w przypadku toru w łuku wyświetlana jest w dolnej części ekranu strzałka teoretyczna ft. Przy określaniu czy maksima nierówności poziomych (D) pokrywają się z innymi rodzajami nierówności (A, B i C) klawisze " " albo " " służą do wyboru, klawisz "Enter" do zatwierdzenia (wybrana pozycja zostaje odznaczona symbolami "> <"; można wybrać więcej niż jedną pozycję), natomiast klawisz "K" do zakończenia. W przypadku gdy wypełnione są już wszystkie bloki danych możliwe jest uzyskanie wyników oceny systemu eksperckiego, natomiast usiłowanie uzyskania wyników oceny bez zapełnienia wszystkich bloków danymi powoduje wyświetlenie informacji o brakujących danych, a po naciśnięciu dowolnego klawisza powrót do poprzedniego wyglądu ekranu. 2.2 Uzyskanie wyników oceny W celu uzyskania wyników oceny wybieramy z menu górnego komendy "Opcje", a następnie "Kwalifikacja do naprawy glownej". Ekran monitora przechodzi do wyglądu przedstawionego na rys.4. Rys.4 5

6 W środkowej jego części, w oknie zatytułowanym "OCENA BEZWZGLEDNA" przedstawiona jest główna konkluzja informująca o zalecanym sposobie postępowania z ocenianym torem, zawierająca niekiedy pod oknem komentarz będący uzasadnieniem (właściwa interpretacja uzasadnienia pozwala przewidzieć skutki nie zastosowania się do konkluzji). W przypadku konkluzji pozytywnej w oknie wyświetlany jest komunikat: Nie zachodzi konieczność naprawy głównej toru W przypadku konkluzji negatywnej program zaleca jeden z następujących zakresów naprawy głównej: - ciągła wymiana szyn i podkładów wraz z oczyszczeniem i uzupełnieniem podsypki, - ciągła wymiana szyn z oczyszczeniem i uzupełnieniem podsypki albo bez, - ciągła wymiana podkładów wraz z oczyszczeniem i uzupełnieniem podsypki, - oczyszczenie i uzupełnienie podsypki, w jednym z następujących przedziałów czasowych: - jak najszybciej, - w przyszłym roku, - za dwa lata. Okno "OCENA BEZWZGLEDNA" umożliwia kwalifikowanie toru do naprawy głównej według metody "poziomu interwencyjnego" - w której decyzja o tym czy naprawa jest potrzebna czy nie, zapada niezależnie od całkowitej długości torów zakwalifikowanych do wymiany oraz możliwości wykonawczych. Zaletą tej metody jest jednolitość kryteriów, natomiast wadą - pomijanie realiów gospodarczych, gdyż może się okazać że suma długości torów zakwalifikowanych do naprawy przekroczy możliwości finansowe zarządzającego infrastrukturą. Dlatego system DONG wyposażono również w możliwość kwalifikowania toru do naprawy głównej według metody "hierarchicznej" - w której wszystkie odcinki zakwalifikowane wstępnie do naprawy analizuje się dodatkowo pod względem stopni degradacji zakładając, że wymiana zostanie przeprowadzona jedynie na ich części. Progową wartość stopnia degradacji kwalifikującą tor do naprawy głównej w danym okresie określa się w zależności od możliwości finansowych i wykonawczych zarządzającego infrastrukturą. Na odcinkach nie włączonych do planu wymian konieczne jest podjęcie środków zastępczych (np. wykonanie napraw bieżących). Zaletą metody hierarchicznej jest uwzględnienie realiów gospodarczych, natomiast wadą - kompromis techniczno-ekonomiczny, który nie powinien jednak przekraczać granic zachowania bezpieczeństwa ruchu. Odzwierciedleniem drugiej z opisanych metod jest górne okno ekranu zatytułowane "OCENA HIERARCHICZNA", w którym przedstawione są stopnie degradacji nawierzchni dla: - szyn, - podkładów, - podsypki, - syntetyczny, - wg V ogr. Tekst umieszczony w wierszu ponad oknem informuje, że osiągnięcie przez współczynnik degradacji wartości równej jeden oznacza konieczność wymiany danego elementu. Syntetyczny stopień degradacji nawierzchni jest średnią arytmetyczną stopni degradacji szyn, podkładów i podsypki. Może się jednak zdarzyć, że jedynie jeden z trzech rozpatrywanych rodzajów elementów nawierzchni będzie nadmiernie zużyty, natomiast dwa pozostałe będą zdegradowane w niewielkim stopniu, a wtedy syntetyczny 6

7 stopień degradacji nie będzie należycie odzwierciedlać stanu całej konstrukcji. Dlatego program oblicza dodatkowo osobny stopień degradacji - jako funkcję ograniczonej prędkości (V ogr.) którą należy wprowadzić ze względu na stan konstrukcji toru, będący ilorazem różnicy prędkości wymaganej i ograniczonej przez prędkość wymaganą. W sytuacji gdy stan toru będący wynikiem przeprowadzonej oceny wymaga natychmiastowego wprowadzenia ograniczenia prędkości pociągów, program daje użytkownikowi możliwość zapoznania się z przyczynami tych ograniczeń oraz z odpowiadającymi im wartościami prędkości. W tym celu, na przedstawione przez program w dolnej części ekranu zapytanie należy odpowiedzieć wybierając klawisz "T". Ekran monitora przejdzie do wyglądu przedstawionego na rys.5. Rys.5 W kolejnym kroku istnieje możliwość zapoznania się z relatywnym wykorzystaniem zapasu naprężeń w poszczególnych elementach składowych konstrukcji ocenianego toru. W tym celu, na przedstawione przez program w dolnej części ekranu zapytanie należy odpowiedzieć wybierając klawisz "T". Ekran monitora przejdzie do wyglądu przedstawionego na rys.6. 7

8 Rys.6 W lewej części ekranu - w postaci wykresów, w odniesieniu do przedstawionych w górnych paskach naprężeń dopuszczalnych, w dolnych paskach przedstawione są obliczone przez program maksymalne prawdopodobne naprężenia: w stopkach szyn, w podkładach drewnianych, pod podkładkami żebrowymi, w podsypce pod podkładem i na powierzchni torowiska. W prawej części ekranu - podane są wartości liczbowe analizowanych wielkości. W celu kontynuacji programu wybieramy klawisz "C". Wyświetlonych zostaje pięć możliwości dalszego jego przebiegu: - wyświetlanie wyników obliczeń (ponowne wyświetlenie ekranów przedstawionych na rys.4, 5 i 6), - wyświetlanie danych, - wydruk wyników obliczeń, - wprowadzenie danych na dysk, - powrót do opcji programu (tzn. do menu górnego). 2.3 Zapisanie wprowadzonych danych i wyników oceny Przed zakończeniem pierwszej części analizy (dotyczącej ruchu pasażerskiego) zapiszmy na twardym dysku wprowadzone dane i wyniki oceny. W tym celu wybierzmy czwartą z przedstawionych powyżej pięciu możliwości. Na ekranie pojawi się tablica, w której do odpowiednich rubryk wprowadźmy: - z protokołu przeglądu badawczego - nazwę linii kolejowej, nr toru, granice ocenianego odcinka (km od - do), - jako "Kod lokalizacji" - swój INP z dopiskiem "pas". Po wypełnieniu tablicy danych, klawiszem "Z" dokonujemy zapisu na twardym dysku (klawiszem "P" - możemy dokonać poprawek, a klawiszem "K" - zrezygnować z zapisania danych na dysku). Jeśli wszystkie czynności wykonaliśmy poprawnie program powróci do wyświetlania przedstawionych już pięciu możliwości dalszego jego przebiegu. W celu przeprowadzenia drugiej części analizy (dotyczącej ruchu towarowego) musimy powrócić do menu górnego programu. W tym celu wybieramy ostatnią z prezentowanych na ekranie możliwości: "Powrot do opcji programu". 2.4 Zmiana założeń Z menu górnego programu wybieramy komendę "V i Q" i dokonujemy zmian niektórych danych wprowadzając parametry odpowiednie dla ruchu towarowego. Po ich wprowadzeniu ponownie wybieramy z menu górnego komendę "Opcje", a następnie "Kwalifikacja do naprawy glownej" i zapoznajemy się z wynikami oceny. Podobnie jak poprzednio dokonujemy zapisu danych i wyników oceny na twardym dysku w postaci pliku - tym razem z dopiskiem "tow". 2.5 Wyjście z programu W celu opuszczenia systemu DONG wybieramy z menu górnego komendy "Opcje" / "Koniec pracy". 3. Zakończenie ćwiczenia 8

9 Po opuszczeniu systemu DONG należy odszukać na twardym dysku (C:\Labkol\Dong) wszystkie pliki utworzone przez program podczas realizacji naszego ćwiczenia (do ich wyłowienia spośród innych plików najlepiej posłużyć się datą i godziną utworzenia pliku), przegrać je na dyskietkę i wraz z protokołem przeglądu badawczego oddać prowadzącemu zajęcia. Niniejszą instrukcję opracowano w oparciu o: "Wspomaganie decyzji w drogach kolejowych", Bałuch H., Kolejowa Oficyna Wydawnicza, Warszawa