Разработка предложений по повышению эффективности работы автобусного транспорта за счет внедрения технологий искусственного интеллекта

АННОТАЦИЯ

В данной выпускной квалификационной работе было рассмотрено автотранспортное предприятие Автобусный парк №2 – филиал СПб ГУП «Пассажиравтотранс», являющегося частью системы городского пассажирского транспорта. С целью повышения эффективности работы автобусного транспорта была разработана методика внедрения превентивного технического обслуживания автобусов с использованием технологий «искусственного интеллекта». Исследования проводились на основе данных об отказах тормозных суппортов при ресурсе, меньшем нормативного. В ходе работы был выполнен подбор необходимого технологического оборудования для считывания данных с датчиков, установленных на автобусах, о состоянии тормозных суппортов и интеграции «искусственного интеллекта» на предприятие, выполнен технологический расчет производственной программы, проведён экономической расчёт целесообразности предлагаемых технологий. Был составлен алгоритм обработки и использования полученных данных для прогнозирования технического состояния элементов тормозной системы в будущем.

Данная выпускная квалификационная работа содержит пояснительную записку объёмом 95 страниц, включает 29 таблиц, 34 рисунка, библиографический список из 31 наименования и 2 приложения.

ABSTRACT

In this final qualifying work, the motor transport company Bus Park № 2, a branch of the St. Petersburg State Unitary Enterprise «Passazhiravtotrans», which is part of the urban public transport system, was considered. In order to increase the efficiency of bus transport, a methodology has been developed for the introduction of preventive maintenance of buses using "artificial intelligence" technologies. The research was conducted on the basis of data on failures of brake calipers with a resource less than the standard one. In the course of the project, the necessary technological equipment was selected to read data from sensors installed on buses on the condition of brake calipers and the integration of "artificial intelligence" into the enterprise, as well as the technological calculation of the production program was performed, and the economic feasibility of the proposed technologies was calculated. An algorithm was developed for processing and using the data obtained to predict the technical condition of the braking system elements in the future.

This final qualifying work contains an explanatory note of 95 pages, includes 29 tables, 34 figures, 31 references and 2 appendices.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Технологический раздел...................................................................................................... 10

1.2 Анализ структуры технологического процесса зоны технического обслуживания и текущего ремонта подвижного состава..................................................................................... 12

1.3 Анализ структуры управления работой зоны технического обслуживания и текущего ремонта.......................................................................................................................................... 13

1.4 Номенклатура и технические характеристики эксплуатируемых автобусов............ 14

1.5 Анализ технологии проведения технического обслуживания автобусов................. 16

1.5.1 Требования к проведению операций по техническому обслуживанию подвижного состава 16

1.6 Анализ причин простоев автобусов в зонах технического обслуживания и текущего ремонта.......................................................................................................................................... 18

1.7 Исследование влияния неисправностей тормозной системы на состояние тормозных суппортов...................................................................................................................................... 21

1.7.1 Устройство и принцип работы тормозных механизмов..................................... 21

1.8 Методика исследования.................................................................................................. 25

1.8.1 Проведение исследований транспортных процессов на автотранспортном предприятии и выбор программно-аппаратных средств............................................................. 25

1.8.2 Программный код нейронной сети....................................................................... 30

1.8.3 Внедрение нейронной сети на автотранспортном предприятии....................... 33

1.8.4 Оценка влияния внедрения нейронной сети на показатели эффективности автотранспортного предприятия.................................................................................................... 35

2 Специальный раздел............................................................................................................ 41

2.1.1 Выбор исходных данных для расчёта.................................................................... 41

2.1.3 Расчет годового пробега автобусов....................................................................... 47

2.1.4 Расчёт годового количества технических воздействий....................................... 50

2.1.5 Расчёт количества суточных технических воздействий..................................... 51

2.1.6 Расчет годового объёма работ по видам технических воздействий.................. 52

2.2 Подбор необходимого технологического оборудования............................................ 58

3 Экономический раздел........................................................................................................ 62

3.2 Оценка экономической целесообразности принятых технологических решений... 69

4 Раздел «Безопасность и экологичность»........................................................................... 71

4.1.1 Анализ вредных и опасных факторов ведения работ.......................................... 71

4.1.2 Рекомендуемые технические и организационные решения по улучшению условий труда и повышению уровня промышленной безопасности........................................................ 74

4.1.3 Мероприятия по повышению уровня освещённости и снижению уровня шума в помещении с компьютерами.......................................................................................................... 75

4.1.4 Обеспечение безопасности при чрезвычайных ситуациях................................. 77

4.2 Охрана окружающей среды............................................................................................ 79

4.2.1 Характеристика Автобусного парка №2 как источника воздействия на окружающую среду 79

4.2.2 Охрана атмосферного воздуха................................................................................ 83

4.2.4 Охрана земельных ресурсов................................................................................... 85

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................................................ 89

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................................................... 90

Приложение A.................................................................................................................................. 94

Приложение B.................................................................................................................................. 95

ВВЕДЕНИЕ

Автобусная сеть маршрутов в г. Санкт-Петербург развивается ежегодно и играет важную роль в транспортной системе города. По итогам 2024 года общественным транспортом было перевезено свыше 1,7 млрд пассажиров, что на 110 млн больше, чем в 2023 году, из них 765,4 млн приходится на автобусы и электробусы. Данный показатель превосходит пассажирооборот, осуществляемый метрополитеном, трамваями и электробусами, что говорит о растущем интересе к автобусному транспорту [15].

Количество автобусов, выполняющих перевозки по маршрутам регулярных перевозок в период с 2010 по 2019 год росло с показателя в 5650 шт. до 6360 шт. соответственно, однако, в период карантина тенденция к росту сменилась уменьшением автобусов на линии, что явилось причиной массового использования гражданами личных автомобилей. С 2023 года вновь начался рост эксплуатируемых автобусах на линиях.

Количество собственных легковых автомобилей на 1000 человек населения в г. Санкт-Петербург росло со значения в 180 автомобилей в 2000 году до 289 автомобилей в 2023 году, что говорит о растущем трафике и, следовательно, большему количеству заторов, потенциальных аварийных ситуаций, в том числе с автобусами [26]. В свою очередь, автобусы вынуждены увеличивать интервалы движения от станции к станции из-за плотного потока легковых автомобилей. Отсюда возрос риск выхода из строя узлов и агрегатов автобуса, усталости водителей вследствие повышенной концентрации. Также сказывается рост стоимости запасных частей, время доставки до автобусного парка, что может повлечь собой увеличение времени простоя автобусов. Это сказывается на коэффициенте технической готовности.

Вместе с тем частота выхода из строя, а также неисправностей тормозной системы автобусов ежегодно увеличивается.

Фактором, влияющим на износ тормозных суппортов автобусов, является интенсивность эксплуатации, в частности:

• более частые торможения в условиях плотного трафика;
• перегрузка автобуса в часы пик;
• стиль вождения;
• условия эксплуатации, в частности езда по дорогам низкого качества;
• климатические условия – в г. Санкт-Петербург климат переходный от умеренно-континентального к умеренно-морскому, что положительно влияет на коррозионные процессы тормозных механизмов;

• качество суппортов и их обслуживания – наметилась тенденция к установке китайских аналогов;
• возраст и состояние автобуса. В силу финансовых особенностей часть автобусов эксплуатируется дольше положенного срока.

Доля неисправностей, приходящаяся на тормозную систему, равна 10%, это является частой причиной простоев, а также влияет на безопасность пассажиров. В это число входят неисправности тормозных суппортов автобусов на пробеге, равном 30000 км.

Возникает необходимость проведения профилактических мероприятий для предупреждения отказов тормозных суппортов и снижения частоты и продолжительности простоев.

Цель выпускной квалификационной работы заключается в разработке предложений, направленных на повышение эффективности функционирования и надежности автобусного транспорта. Для достижения данной цели необходимо внедрить нейронные сети и сопутствующее оборудование как непосредственно на подвижной состав, так и в структуре Автобусного парка №2 ГУП «Пассажиравтотранс». Это позволит осуществлять постоянный мониторинг состояния тормозных суппортов, прогнозировать возможные отказы и неисправности, а также организовать проведение превентивного технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (ТР).

Объекты исследования: Автобусный парк №2 СПб ГУП «Пассажиравтотранс», автобусы ЛиАЗ-529265-31 и ЛиАЗ-621365-40.

Предмет исследования: методика удалённого диагностирования и прогнозирования ресурса тормозных суппортов, проведение превентивного ТО и ТР подвижного состава.

Задачи выпускной квалификационной работы:

• рассмотреть Автобусный парк №2 СПб ГУП «Пассажиравтотранс» в качестве объекта исследования;
• рассмотреть технологический процесс выполнения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту подвижного состава, а также имеющееся оборудование на предприятии и автобусах для превентивного технического обслуживания и ремонта суппортов;
• интегрировать новое технологическое оборудование для осуществления превентивного технического обслуживания и ремонта тормозных суппортов;
• разработать программный код на языке Python для работы нейронных сетей;
• провести экономическую оценку внедрения предлагаемых мер.

Применяя опыт предприятия по проведению планового ТО и ТР и внедряя в технологический процесс превентивное техническое обслуживание и текущий ремонт с использованием искусственного интеллекта (ИИ) с соответствующим оборудованием, необходимо добиться повышения надёжности транспортных средств и тем самым повысить коэффициент технической готовности, коэффициент выпуска на линию подвижного состава и тем самым повысить эффективность работы автобусного транспорта.