CC BY
29
УДК 656.61.08:[629.5.043.1+629.5.026.2]
А. Ж. Смирнов
НАДЕЖНОСТЬ РАЗРЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМНЫХ СИТУАЦИЙ БЕЗ ПОСЛЕДСТВИЙ В ЦЕПИ «ХОДОВОЙ МОСТИК - МАШИННОЕ ОТДЕЛЕНИЕ»
Исследуются вопросы обеспечения безопасности на море при возникновении проблемных ситуаций, перерастающих в аварийные, которые обусловлены ошибками в отдельных малых коллективах, несущих судовую ходовую вахту. Рассматривается цепь, возникающая при управлении состоянием мореплавания и определяющая взаимосвязь «ходовой мостик -машинное отделение». Этот выбор обусловлен необходимостью уточнить модель системы управления для объекта, характеристики которого меняются во времени, а априорная информация о нем отсутствует или очень мала. Рассмотрены элементы цепи (помощник капитана судна и вахтенный механик), объединенные общностью интересов, которые проявляются в стремлении к максимизации вещественной функции. Предложен порядок выбора указанных переменных при управлении энергетической установкой судна в рассматриваемой информационно-силовой цепи на основе произвольного компакта банахова пространства. Заданы психофизические показатели судоводителя и механика, определяющие степень доверия между судовыми специалистами и состояние безопасного функционирования цепи «ходовой мостик - машинное отделение». Получена оценка для определения надежности при неполной информированности вахтенного помощника капитана о состоянии дел в машинном отделении. Задача построения механизма взаимодействия на основе учёта выбора управлений рассматривается в форме решения задачи согласованного управления с использованием прямых или косвенных штрафов, накладываемых при отклонении оценки от истинного значения. Предложенные требования к обеспечению безопасности мореплавания определяются постоянным реагированием судовых специалистов на изменения текущей обстановки, подачей и реализацией команд при минимально допустимых затратах.
Ключевые слова: безопасность на море, проблемные ситуации в малых коллективах.
Введение
Вопросы обеспечения безопасности на море при возникновении проблемных ситуаций, перерастающих в аварийные, которые обусловлены ошибками в отдельных малых коллективах, несущих судовую ходовую вахту, очень актуальны в связи с тем, что характеристики объекта исследования меняются во времени, а априорная информация о нем или отсутствует, или является очень незначительной. Мы будем рассматривать цепь, возникающую при управлении состоянием мореплавания и определяющую взаимосвязь «ходовой мостик - машинное отделение». Пусть в эту цепь включены прямые и обратные межэлементные связи, отражающие обязанности вахтенного помощника капитана и вахтенного механика [1]. С формальной точки зрения такая информационно-силовая цепь может являться частью элементного множества иерархической структуры управления состоянием безопасности мореплавания при плавании судна в любых обстоятельствах.
Результаты исследования
Для простоты дальнейшего изложения предположим, что элементы цепи (вахтенный помощник капитан судна и вахтенный механик, образующие малый коллектив, несущий судовую ходовую вахту), объединены общностью интересов, которые проявляются в стремлении к максимизации некоторой вещественной функции / = У(Х, у), отражающей надежность функционирования этой цепи. Кроме того, пусть функция/ = /(X, у) определена и непрерывна на компакте Лг х У, представляющем собой пространство «команда вахтенного помощника капитана - реакция вахтенного механика», а реализуется за счет выбора вектора у е У, характеризующего состояние безопасной эксплуатации судна.
Естественно, что интересы вахтенного помощника капитана судна следует отождествлять со стремлением к максимизации более общей непрерывной вещественной функции - Фг = ФГ(Х, у), отражающей общие требования к безопасности мореплавания. Реализовать функцию Фг = ФГ(Х, у) вахтенный помощник капитана способен лишь за счет выбора управления (команды в машинное отделение) X е Лг, где Лг можно принять за произвольный компакт банахова пространства. Такое допущение позволяет, в частности, рассматривать в качестве команд X на управление энергетической установкой судна функцию вида X = Х(у). Порядок выбора указан-
ных переменных при управлении энергетической установкой судна в рассматриваемой информационно-силовой цепи может быть следующим. Сначала вахтенный помощник капитана по наблюдениям из мультимедийного пространства ходового мостика выбирает управление X е Лг и передает его вахтенному механику в виде команды, а затем уже вахтенной механик, при правильно воспринятой команде X, реализует это управление с докладом об его исполнении y е Yr.
Далее будем предполагать, что вахтенный помощник капитана знает параметрическое представление функций Фг, f и множеств Лг, Y, но в то же время не располагает некоторой информацией об истинном состоянии дел в машинном отделении судна. Тогда состояние безопасного функционирования цепи «ходовой мостик - машинное отделение», при заданных психофизических показателях судоводителя и механика, можно определить значениями параметров r, которые, по сути, будут являться показателями, определяющими степень доверия между судовыми специалистами. В общем случае, как вахтенный помощник капитана, так и вахтенный механик могут располагать лишь данными о множестве П = |rb r2, ..., r„}, п < да, возможных значений параметров доверия [2].
Если в процессе управления состоянием мореплавания у вахтенного помощника капитана появляется стремление получить недостающую информацию, то эти сведения могут быть пополнены в рамках использования им «встречного способа формирования представления», когда команды в машинное отделение судна X подаются в виде функций, записанных так:
X = X*(s), X* : П ^ и Лг,
r е П,
с предварительной конкретизацией вахтенным помощником капитана степени доверия к цепи «вахтенный судоводитель - вахтенный механик» в виде оценки s е П истинного значения r„.
Тогда функция
K(r) = max min Фг (X, y), (1)
X е Лг y е arg max/(X, y),
y е Yr ,
способна дать максимальный гарантированный результат в получении вахтенным помощником капитана необходимого ему результата от энергетической установки. Отметим, что такой гарантированный результат, снимающий проблему появления проблемных ситуаций, возможен лишь при условии полной информированности вахтенного помощника капитана относительно состояния дел в машинном отделении (множество П состоит лишь из единственной точки s = r) [3].
Кроме того, выражение (1) позволяет получить оценку для определения надежности функционирования цепи «ходовой мостик - машинное отделение» и при неполной информированности вахтенного помощника капитана о состоянии дел в машинном отделении. С физической точки зрения условие (1) характерно для мореплавания, поскольку выражает требование, при котором, вне зависимости от состояния взаимосвязи «ходовой мостик - машинное отделение», реакция вахтенного механика должна быть минимально короткой и адекватной складывающейся проблемной ситуации. Такое взаимодействие в цепи «ходовой мостик - машинное отделение» позволяет вахтенному помощнику капитана располагать резервом времени при управлении состоянием безопасности мореплавания.
В такой постановке естественный интерес будет представлять задача построения такого механизма взаимодействия «ходовой мостик - машинное отделение», который даже в случае неполной информированности вахтенного помощника капитана относительно состояния дел в машинном отделении дает ему возможность получить, с точностью некоторого заданного s > 0, результат (1).
В механизме взаимодействия «ходовой мостик - машинное отделение», претендующем на оптимальность в смысле достижимости значимых величин K(r), достоверность оценки s е П, на основе которой учитывается выбор управлений X = X s (s) в форме решения задачи согласованного управления
V s е П : X*s(s) е As,
*
s
*
*s(
min ФЕ(Х E(s), y) > K(s) - s,
y ё arg maxs f (Х E(s), y), ye Y,
может быть обеспечена только за счет использования прямых или косвенных штрафов, накладываемых при отклонении оценки s от истинного значения r [3].
Суть введения таких штрафов состоит в том, что если вахтенный помощник капитана убеждается (тем или иным путем) в достоверности передаваемой ему в докладе информации либо не может обнаружить факт ее искажения, то ему, выполняющему функции по обеспечению безопасности мореплавания, дается определенная гарантия доверия в получаемом результате, большего, чем минимальная величина
у (г) = min max f r(X, y),
X e Лг y e Yr,
на достижение которой он может рассчитывать, если будет реализовываться наихудший для него вариант требований к вахтенному механику:
Г = max f (Г, y) = y(r).
У e Y
В случае обнаружения вахтенным помощником капитана факта отклонения наблюдаемой оценки s от истинного значения г, такая гарантия уже отсутствует, и вахтенный помощник капитана вправе рассчитывать на возможный наихудший для себя исход с результатом у(г).
Дальнейших процесс беспроблемного функционирования цепи «ходовой мостик - машинное отделение» ограничим привлечением только тех судоводителей и механиков, для которых величина К(г) достигается на множестве
D(r) = Л\Е(г) = (X e Лг I max fr (X, y) > у(г)},
У e Yr
или когда
K(r) = max [sup min ФГ(Х, y); sup min ФГ(Х, y)] = sup min ФГ(Х, y) > sup min ФГ(Х, y) (2)
X e D(r) y e arg max fr(X, y) X e E(r) y e arg max fr(X, y) X e D(r) y e arg max fr(X, y) X e E (r) y e arg max f(X, y) y e Yr y e Yr y e Yr y e Yr
Тогда, если использовать терминологию Международной конвенции о подготовке и ди-пломировании моряков и несении вахты (ПДНВ - International Convention on Standards of training, Certification and Watchkeeping for Seafarers, 1978/1995) и кодексы к ней, вахтенных помощников капитана и вахтенных механиков такого типа следует относить по крайней мере к классу эксплуатации технических средств. В современных условиях требование (2) всегда выполняется и применительно к обеспечению безопасности мореплавания определяется просто: вахтенные судовые специалисты на мостике и в машинном отделении постоянно должны реагировать на изменения текущей обстановки и подавать и реализовывать команды из малой окрестности точки X = Xй при минимально допустимых затратах y(r), направляемых на производственное слаживание малых коллективов на ходовом мостике и в машинном отделении.
Выводы
1. Любое взаимодействие в цепи «ходовой мостик - машинное отделение» исключает возможность повтора или дублирования критической ситуации, поскольку группы не являются аварийнозависимыми.
2. При возникновении проблемных ситуаций в цепи «ходовой мостик - машинное отделение» развитие событий будет определяться в первую очередь структурой малых коллективов и уровнем их слаженности.
3. Безошибочное функционирование цепи «ходовой мостик - машинное отделение» на заданном вероятностном уровне с контролем состояния целостности возможно лишь в том случае, когда для этой цели привлекается ресурс, величина которого может быть определена и ограничена заданной величиной.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Меньшиков В. И. Элементы теории управления безопасностью судоходства / В. И. Меньшиков, В. М. Глущенко, А. Н. Анисимов. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2000. 242 с.
2. Анисимов А. Н. Особенности социального управления в системах менеджмента безопасностью / А. Н. Анисимов, В. И. Меньшиков // Вестн. Мурман. гос. техн. ун-та: тр. Мурман. гос. техн. ун-та. 2003. Т. 6, № 1. С. 9-16.
3. Меньшиков В. И. Особенности планирования и реализации безопасного и оптимального навигационного процесса / В. И. Меньшиков, Фирмин Дживо Кукуи // Вестн. Мурман. гос. техн. ун-та: тр. Мурман. гос. техн. ун-та. 2003. Т. 6, № 1. С. 61-64.
Статья поступила в редакцию 29.12.2014
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Смирнов Алексей Жанович - Россия, 183010, Мурманск; Мурманский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судовождение»; [email protected].
A. Zh. Smirnov
RELIABILITY OF PERMISSION OF PROBLEM SITUATIONS WITHOUT CONSEQUENCES IN THE CHAIN "RUNNING BRIDGE - ENGINE ROOM"
Abstract. The paper studies the issues of the marine safety when you face the problem situations that become emergency situations, caused by errors in separate small groups, carrying the ship running watch. The chain emerging during state management and influencing the relationship of "running bridge - engine room" is considered. This choice is conditioned with the need to systematize and refine the model of the control system for an object, whose characteristics change over time, and a priori information is not available or is rather insufficient. The elements of the chain (assistant of captain and engineer of the watch) united by mutual interests, which are manifested in the desire to maximize a real function, are examined. The procedure of choosing the specified variables when controlling propulsion of the vessel in this information-power circuit based on an arbitrary compact of Banach space is presented. Psychophysical indicators of the navigator and mechanical engineer that determine the degree of trust between marine specialists and the state of safe functioning of the chain "running bridge - engine room" are set. The estimation of the reliability of incomplete information competency of the deck officer on the operational state in the engine room is made. The issue of the construction of the mechanism of interaction based on the selection of controls in the form of decision making of the coordinated management using direct or indirect penalties imposed in case of deviation of the estimation from the true value is solved. The proposed requirements for the safety of navigation are determined by a constant response of marine specialists to change the current situation, supply and implementation of the orders at the lowest acceptable costs.
Key words: sea safety, problem situations in small crews.
REFERENCES
1. Men'shikov V. I., Glushchenko V. M., Anisimov A. N. Elementy teorii upravleniia bezopasnost'iu su-dokhodstva [Elements of the theory of navigation safety management]. Murmansk, Izd-vo MGTU, 2000. 242 p.
2. Anisimov A. N., Men'shikov V. I. Osobennosti sotsial'nogo upravleniia v sistemakh menedzhmenta bezopasnost'iu [Features of social control in safety management systems]. VestnikMurmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Trudy Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2003, vol. 6, no. 1, pp. 9-16.
3. Men'shikov V. I., Kukui Firmin Dzhivo. Osobennosti planirovaniia i realizatsii bezopasnogo i optimal'nogo navigatsionnogo protsessa [Specific characteristics of the planning and implementation of secure and optimal navigation process]. Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Trudy Murmanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2003, vol. 6, no. 1, pp. 61-64.
The article submitted to the editors 29.12.2014
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Smirnov Aleksey Zhanovich - Russia, 183010, Murmansk; Murmansk State Technical University, Postgraduate Student of the Department "Navigation"; [email protected].
