НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМЫ СУДОХОДСТВА

НА ВНУТРЕННИХ ВОДНЫХ ПУТЯХ

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Надежность системы судоходства может быть обеспечена комплексом средств и мероприятий, которые должны создать условия безопасного движения судов в общем транспортном потоке и способствовать повышению эффективности судовождения и производительности работы флота.

Речную транспортную систему можно отнести к полиэргатической системе, в состав которой входят человек-оператор и/или коллективы людей, управляющих работой других элементов для достижения определенных целей. Человек, осуществляющий управление, планирует, принимает решения, оценивая планы и окружающую обстановку с помощью информации, получаемой от своих органов чувств, измерительных приборов, других лиц. Независимо от степени автоматизации речного транспорта, человек остается главным звеном системы «коллектив людей — орудие труда — предмет труда — рабочая среда», для которой применяется сокращенное обозначение СЧМ (система «человек—машина»).

Проблема обеспечения надежности сложных систем включает такие аспекты, как теоретический, организационный, технический, эргономический, инженерно-психологический, санитарно-гигиенический, экономический и правовой.

Содержание теоретического аспекта составляют вопросы, связанные с разработкой:

• моделей возникновения и развития аварийных ситуаций;

• методов анализа надежности эксплуатации сложных систем;

• критериев надежности и методов оценки их уровня;

• способов обеспечения надежности при эксплуатации в экстремальных условиях;

• требований и стандартов по надежности эксплуатации;

• методов оптимизации эксплуатационных затрат по критерию надежности.

Человека, ставящего перед системой цели, планирующего, направляющего и контролирующего весь процесс ее функционирования, принято называть оператором. Можно выделить наиболее характерные черты операторского труда в речной транспортной системе. Для оператора-наблюдателя (контролера) важное значение имеют информационные и концептуальные модели, а также процессы принятия решения. Такой тип деятельности характерен для людей, работающих в реальном масштабе времени (вахтенные судоводители и механики, диспетчеры оперативного управления транспортным процессом и т.д.). Оператор-руководитель отличается тем, что для него механизмы интеллектуальной деятельности играют главенствующую роль. К таким операторам относятся организаторы, руководители различных уровней, лица, принимающие ответственные решения в человеко-машинных комплексах и обладающие высокой интуицией, знанием и опытом (капитан, старший помощник, главный инженер порта и т.д.). На береговых предприятиях упомянутых операторов называют менеджерами. В деятельности оператора-манипулятора большую роль играет сенсомоторная координация (например, непрерывное слежение за движущимся объектом) и моторные (двигательные) навыки. Хотя механизмы моторной деятельности имеют для него главенствующее значение, он использует также аппарат понятийного и образного мышления. В функции оператора-манипулятора входит управление манипуляторами, машинами-усилителями мышечной энергии человека (экскаваторы, погрузоразгрузочные средства и т.п.).

НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМЫ

«СУДНО - ЭКИПАЖ - ВОДНЫЙ ПУТЬ» (СЭВП)

Под надежностью системы СЭВП понимается выполнение судном заданного рейса, гарантирующее сохранность судна, груза, жизни членов экипажа и пассажиров, неповреждаемость судовой техники, береговых и плавучих сооружений. Надежность зависит от свойств судового и берегового комплексов, а также от уровня профессиональной подготовки экипажа судна и персонала вспомогательных береговых служб.

Оценивать количественно надежность функционирования системы СЭВП принято с помощью статистических методов. Важная задача статистики функционирования системы СЭВП - анализ аварийных случаев. При этом для оценки состояния безопасности движения судов и неповреждаемости береговых и плавучих сооружений можно использовать как сведения об абсолютном числе аварийных происшествий, так и коэффициенты относительной аварийности (коэффициенты происшествий). Для получения указанных коэффициентов количество аварийных происшествий относят к числу транспортных средств на длину участка пути в километрах.

Сравнение состояния надежности системы СЭВП за ряд лет в одном пароходстве (судоходной компании) или в нескольких может проводиться по обобщенному безразмерному коэффициенту надежности системы СЭВП

К_Н = 1/τ 365/T_э А/n_c,

где τ — средний коэффициент ходового времени судов; Тэ — продолжительность эксплуатационного периода, сут; n_с - общее количество судов, работающих в исследуемый период, ед.; А — число аварийных случаев.

В этой формуле отношение 365/ Т_э дает возможность в относительных величинах сопоставить эксплуатационные периоды, а 1/τ - использование флота на ходу. Отношение А/n_с также в относительных величинах характеризует аварийность, приходящуюся на единицу флота. В целом коэффициент надежности включает в себя наиболее важные факторы для характеристики состояния надежности системы СЭВП в пароходстве или в отдельных группах флота.

Элементы системы СЭВП во время рейса заданной длительности Т соединены последовательно. Отказ любого элемента приведет к отказу всей системы в целом. Вероятность безотказного действия системы определяет надежность ее функционирования и равна произведению вероятностей безотказной работы каждого элемента системы, т.е.

Р(Т) = Р_сР_эР_пР_б,

где Р_с, Р_э, Р_п, Р_б — вероятности безотказной работы судового комплекса, экипажа (судоводителя), водного пути и вспомогательных береговых служб соответственно.

Повысить надежность функционирования системы СЭВП можно повышением надежности работы судового комплекса, уменьшением числа ошибочных действий экипажа (судоводителя) и улучшением состояния водного пути.

Введя допущение о том, что отказы элементов системы СЭВП независимы, период действия системы непродолжительный, трудоспособность экипажа (судоводителя) — нормальная, можно предположить, что случайные отказы элементов системы могут быть описаны экспоненциальной функцией с постоянной интенсивностью отказов λ за период Т. В этом случае надежность системы СЭВП выразится вероятностью

Р(Т) = exp ^{-(λc - λэ - λп)Т},

где λ_с, λ_э, λ_п - интенсивности отказов судна, экипажа (судоводителя), водного пути соответственно.

Следует отметить, что показателям надежности функционирования системы СЭВП, полученным по статистическим данным, присущи определенные недостатки. Неполный учет всех факторов может привести к ошибочным выводам и крупным просчетам. Это связано с ма­лым объемом исходных данных, не позволяющим на основе статистических методов с высокой достоверностью получить критерии, объективно оценивающие состояние аварийности. Показатели этого типа не связаны прямо со свойствами судна или водного пути, их нельзя контролировать во время проектирования и постройки, а также при подготовке к рейсу и его прохождении.

Для анализа и принятия решений по обеспечению надежности системы СЭВП необходимы такие показатели, которые отражают значе­ния установленных существенных параметров системы СЭВП и относятся непосредственно к конкретному судну, его экипажу и условиям предстоящего рейса изданный момент времени. Плавучесть, остойчивость, непотопляемость и другие свойства, которыми обязано обладать всякое судно как плавающее сооружение, должны удовлетворять требованиям потребителя. Многие из этих свойств регламентируются соответствующими нормами и правилами.

Свойства, характеризующие надежность, могут быть как простые ми, так и сложными, или комплексными. Примером сложного свойства является надежность судна, охватывающая такие простые его свойства, как безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость.

Оценивая условия эксплуатации судна в целом, совершенно оче­видно, что безопасность плавания судна не может рассматриваться изолированно от транспортно-технологической системы, в которой работает судно и составным элементом которой оно является. Качество функционирования транспортно-технологической системы можно определить по различным факторам и, в первую очередь, по качеству выполнения транспортной работы судна, экономическим издержкам производства, уровню безопасности плавания судна в случайно изменяющихся условиях внешней среды.

Само понятие «управление» применительно к судну можно разделить на несколько видов: управление судном при плавании (выбор курса, скорости и маневра в различных ситуациях); управление работой судна как производственным объектом при выполнении грузовых операций, подготовке судна к рейсу, снабжении судна судовыми запасами, бункеровке; управление судном при техническом обслуживании (ремонте судна), отстое и т.д.

В обеспечении надежности системы СЭВП большое значение имеет надежность работы судоводителей, выполняющих много сложных функций при управлении судном. Главный показатель надежности судоводителя - успешная работа без существенного перенапряжения организма, что, в основном, зависит от профессиональной пригодности, подготовленности и работоспособности.

Подготовленность судоводителей определяется уровнем их профессиональных знаний и навыков, которые приобретаются в процессе обучения и последующей профессиональной деятельности. Работоспособность — физиологическая устойчивость человека к воздействию различных факторов, характеризуемая безотказностью работы организма в целом, зависящая от состояния здоровья.

Условную относительную величину надежности судоводителей можно определить по формуле Q = qa/n, где q — число аварийных происшествий за определенное число дней навигации; а — доля аварийных происшествий по вине судоводителей; n — число ходовых суток за анализируемый период.

Величины а и n определяются на основе статистических данных, величина q во многом зависит от достоверности установления причин аварийных происшествий.

Анализ транспортных происшествий показывает, что, например, более 10—15% от общего числа аварий в Волжском и Северо-Западном бассейнах происходит из-за плохих путевых условий.

Опыт судовождения показывает, что надежность плавания судов и составов существенно зависит от кривизны судового хода, ширины и глубины водного пути, частоты расстановки знаков и навигационного оборудования судового хода, гидрометеорологических условий плавания.

7.3. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОПЕРАТОРА
В ДИСПЕТЧЕРСКОМ ПУНКТЕ

Главная задача, стоящая перед системой управления движением судов (УДС), - обеспечение безаварийного плавания судна как в одиночном плавании, так и в общем транспортном потоке (без посадок на мель и касаний грунта, столкновений и навалов). Основные функции диспетчерского пункта системы УДС на ВВП следующие: регулирование движения судов по фарватерам и в зонах разделения дви­жения; контроль за выполнением судами Правил плавания на ВВП и местных правил плавания; выдача информации судам об их местоположении; сбор и передача на суда навигационной и гидрометеорологической информации; постановка судов на якорные места и к причалам порта; контроль за положением судов на якорных местах; контроль за положением средств навигационного оборудования (СНО) на штатных местах; радиолокационное обеспечение плавания судов в ус­ловиях ограниченной видимости и неблагоприятной погоды; организация и обеспечение плавания судов во льдах и осуществление оперативного руководства проводкой судов в этих условиях; сбор, обработка, документирование и хранение информации и статистических данных о движении судов; выдача планов-приказов на отправление судов в рейс в соответствии с требованиями Правил плавания, Правил техники безопасности и других нормативных документов.

Деятельность диспетчера движения в системе УДС сводится к четырем последовательно реализуемым этапам: поиск, восприятие и прием информации; переработка информации путем опознания, оценки и сопоставления поступающей информации; принятие решения; практическая реализация принятого решения.

На первом этапе деятельности диспетчера движения превалируют элементы слежения за местоположением каждого судна в общем транспортном потоке. К диспетчеру поступает информация о местоположении обслуживаемых судов, скорости и направлении их движе­ния, гидрометеорологических условиях и состоянии СНО, судоходной обстановки в зоне обслуживания и др. Специфика данного этапа требует от человека быстрого перехода от одних видов представления информации к другим и повышенного внимания.

На втором этапе в деятельности диспетчера движения преобладают уже элементы анализа фактической информации, полученной от судов, и прогнозирование складывающейся судоходной обстановки. На этом этапе наиболее трудно своевременно и правильно выбрать из памяти необходимую информацию, характеризующую «идеальный» процесс управления, и оценить сложившуюся ситуацию, сравнив совокупность признаков с областью их ограничений, что требует от диспетчера наиболее высокой профессиональной подготовки.

На третьем этапе диспетчер движения должен принять решение, которое целесообразно реализовать в сложившейся обстановке с учетом неточности и недостаточной полноты информации об управляемом объекте (процессе). На данном этапе эффективность работы диспетчера движения можно оценить по времени формирования требуемой последовательности управляющих воздействий на основании одного или нескольких частных алгоритмов из числа известных.

Четвертый этап подводит итог деятельности человека-оператора по трем предыдущим. Ошибки, допущенные при формировании управляющих воздействий на данном этапе, могут свести на нет всю работу диспетчера движения, выполненную им на предыдущих этапах. В процессе реализации четвертого этапа диспетчер движения повторяет операции первого этапа, обеспечивая тем самым контроль правильности и полноты реализации решения, принятого на третьем этапе.

Проблема надежности человека-Оператора является одной из центральных в инженерной психологии — отрасли психологической науки, призванной решать проблемы взаимодействия человека и современной техники. Важность проблемы надежности оператора для обеспечения безопасности судоходства связана с тем, что в системе управления движением судов ведущая роль - роль управляющего звена - принадлежит человеку.

Существует ряд определений понятия «надежность оператора» и тождественного ему понятия «надежность деятельности оператора», разработанных применительно к выполнению человеком функций контроля и управления в системе «человек-машина» (СЧМ). Большинство из них подобны определению надежности технических средств и не отражают специфики работы человеческого организма. Этому условию в большей степени отвечает следующее определение: надежность деятельности оператора — это способность человека вы­полнять предписанные функции с заданным качеством и своевременно при сохранении в допустимых пределах психофизиологической «цены» этой деятельности.

«Цена» деятельности - это величина физиологических и психологических затрат, обеспечивающих выполнение профессиональной задачи на заданном уровне. Что касается количественной оценки психофизиологической «цены» деятельности, то она может быть получена путем измерения сдвига психофизиологических показателей состояния организма в процессе деятельности. Изменения состояния, обеспечивающие данную деятельность систем организма, соотносятся с двумя полюсами: исходными значениями показателей указанных систем и предельными значениями, которые оцениваются путем применения функциональных проб, доводящих организм до предельных со­стояний. «Цена» деятельности будет тем ниже, чем ближе текущее значение показателей оцениваемых систем к исходным и дальше от предельных значений. Таким образом, под «ценой» деятельности понимают степень изменения в ходе деятельности соотношения между текущим, исходным и предельным состояниями функциональных систем организма, которые являются ведущими для обеспечения данной деятельности. Наиболее информативными из показателей вегетативного обеспечения надежности операторской деятельности, особенно тех ее видов, которые связаны с высокой сложностью решаемых задач и высокой ответственностью за принимаемые решения (что имеет место в судоводительской деятельности), признаны показатели уровня функционирования сердечно-сосудистой системы, получаемые с помощью электрокардиограммы.