CC BY
12[8] Fedyaevskij K.K., Ginevskij A.S., Kolesnikov A.V. Raschet turbulentnogo pogranichnogo sloya neszhimaemoj zhidkosti. - L.: Sudostroenie, 1973. - 256 s.
[9] Behk L.H., Kaffel R.F., Mehss'e P.F. Laminarizaciya turbulentnogo pogranichnogo sloya pri techenii v sople - izmereniya profilej pogranichnogo sloya i harakteristik teploobmena na ohlazhdaemoj stenke // Teploperedacha. Ser. S. - 1970. - T. 92. - № 3. - S. 29.
[10] Behnkston K.A. Perekhod ot turbulentnogo techeniya gaza k laminarnomu v nagrevaemoj trube // Teploperedacha. - Ser. S. 1970. - T. 92 - № 4. - S. 1.
[11] Fafurin A.V. Zakony treniya i teplootdachi v turbulentnom pogranichnom sloe. // Teplo- i massoobmen v dvigatelyah letatel'nyh apparatov, 1979. - Kazan'. - Vyp. 2. - S. 62 - 69.
[12] Kun K.V., Perkins H.K. Perekhod ot turbulentnogo rezhima k laminarnomu dlya techeniya v trube so znachitel'nym izmeneniem fizicheskih svojstv // Teploperedacha. Ser. S. - 1970. - T. 92. - № 3. - S. 198.
[13] Miheev M. A., Osnovy teploperedachi. M.; L.: Gosehnergoizdat, 1956. 392 s.
[14] Nehsh-Uehbber YU. L., Outs G. K., Inzhenernyj metod raschyota laminarizacii techeniya v sople // Teo-reticheskie osnovy inzhenernyh raschyotov. Ser.: D. 1972. T. 94. № 4. S. 205.
[15] Behk L.H., Mehss'e P. F., Kaffel R.F. Issledovanie techeniya i konvektivnogo teploobmena v ko-nicheskom sverhzvukovom sople // Raketnaya tekhnika i kosmonavtika. 1967. T. 4. № 10. S. 191.
Статья поступила в редакцию 12.02.2019 г.
УДК 656.61.08
А.Ю. Гаршин, к.т.н, доцент кафедры «Энергоустановки морских судов и сооружений», Морской институт ФГАОУ ВО «СевГУ», e-mail: [email protected]
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Севастопольский государственный университет, Морской институт (ФГАОУВО, МИ)
299053, г. Севастополь, ул. Гоголя, 14
ТЕРМИНОЛОГИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ ОПАСНОСТИ И РИСКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СУДОВОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СРЕДСТВА В ПОСЛЕАВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ
Ключевые слова: опасность, безопасность, риск опасности, показатели безошибочности, времени, ресурсности
Показан один из способов вероятностной оценки опасности и риска использования судового технического средства в послеаварийной ситуации после его диагностирования и восстановления на функциональных структурных моделях путем анализа системы согласованных показателей безошибочности, бездефектности и безаварийности.
Острая необходимость повышения безопасности различных судовых технических средств и систем бесспорна. Это - комплексная и возможно вечная проблема, которой посвящена обширная литература и серии национальных, межгосударственных и европейских стандартов [1, 2, 3, 4, 5]. Её анализ показывает, что среди ученых и практиков до сих пор нет единства по ключевым понятиям: опасность, риск, их оценки и близких к ним. Встречаются отождествления понятий риск и опасность, но стандартизированные определения этих терминов разные. При этом об оценках опасности не упоминается, зато дается определение оценки риска.
В настоящее время во многих областях современной науки все больший интерес проявляется к проблеме риска, его контролю и управлению им. Анализ аварийности кораблей и судов морского флота говорит о том, что приблизительно 85% всех аварий происходит из-за ошибок и просчетов человека. Давая людям новые, ещё вчера неведомые возможности, современная техника зачастую создает для них и новые опасности, предпосылки аварий и несчастных случаев. Поэтому так важно постоянно фокусировать внимание именно на человеческом факторе.
Одним из основных принципов программы предупреждения аварий и происшествий на море является управление риском - выбор высокоэффективных решений для достижения в сфере морской безопасности и защиты среды результатов, согласующихся со степенью ответственности за управление сложными морскими инфраструктурами [1].
Безопасностью сложной эрготехнической системы или системы «человек - техника» называется способность ее подсистем не переходить в состояния, угрожающие здоровью и жизни людей, наносящие ущерб боеспособности и окружающей среде. Опасностью называют способность системы причинить какой-либо вред (например, ущерб боеспособности корабля, ущерб функциональности энергоустановки судна, ущерб гарантоспособности [6, 7, 8] объекта, материальный ущерб, угроза здоровью и жизни людей, иным ценностям человека).
В качестве численной оценки последствий опасности используется риск, который возможно определить следующим образом:
п п
Яа = Т/2 = ПП, (!)
¿=1 ¿=1
где К0 - риск опасности;
У - численное выражение факторов возникновения и развития опасности /; 2 - численное выражение факторов, обеспечивающих снижение возможности возникновения опасности I, гибели людей и причинения другого ущерба.
Выражение (1) показывает, что путем определенных мер (2) можно обеспечить снижение риска возникновения опасности до значений меньше нормативного (допустимого) и тем самым обеспечить безопасность.
Оценка риска может выполняться различными путями: эмпирическим, основанном на статистической оценке опыта прошлого в области аварий, несчастных случаев и их последствий, и теоретико-аналитическим, основанном на выяснении логической взаимосвязи событий. Упрощенно под общим уровнем опасности системы понимается произведение полной вероятности реализации события появления опасностей в течение определенного промежутка времени и размера ущерба:
п п
Кщ =Ё Ъ =Ё РА , (2)
¿=1 ¿=1
где Яо6щ - общий уровень опасности анализируемой системы; ^ - уровень опасности появления ьго события в анализируемой системе; Рг - вероятность реализации ьго события; Аi - размер ущерба от реализации ьго события.
Видим, что здесь под риском понимаются не сами опасности, а комбинация вероятностей их появления и степени их тяжести (любого вреда).
При всех неожиданностях и абстрактности разнообразных определений риска оно непротиворечиво согласуется с широко распространенным критерием оптимизации процессов и систем, введенным Томасом Байесом и составившим, по существу, осно-
ву современной теории принятия решений. По этому критерию максимизируется показатель среднего риска:
п п т
Ъ = Х РГ = Х р< X г„, (3)
¿=1 ¿=1 =1
где pi - распределение ситуаций - ряд распределения {р,}, г у - условный риск у в ситуации i.
В функциональных эргосетях [9, 10, 11] рассматривается эффективность системы - ее способность достигать цель и выделены доминирующие функциональные свойства: безошибочность, быстродействие и точность [10, 11], их характеристики. При моделировании процесса функционирования систем предложено руководствоваться принципом базовых и факторных переменных.
В качестве базовой переменной принимается величина числа натурального ряда 1, 2,..., п, соотнесенного состояниям системы так, что «чем оно больше, тем хуже для достижения цели системой (тем опаснее ее состояние)». Размерность множества состояний определяется целью исследования, предусматривается его энарность, в отличие от традиционной бинарности (да-нет, успех-неудача). При этом из множества состояний системы выделяются частично неработоспособные, в которых требуемые функции выполняются частично, что предусмотрено стандартом [2], а также и разные состояния опасности.
Переход системы из состояния в состояние осуществляется принятием, исполнением решений и влиянием внешних и внутренних условий - факторов: температуры, атмосферного давления, влажности, напряженности и других. Соответствующие им физические и (или) психофизические величины принимаются в качестве факторных переменных.
При моделировании процессов оперируют сетями (сеть - это граф): графами работ (ГР) и графами событий (ГС).
В ГР фрагменты параметров функционирования (ПФ) (операции, действия, работы, мероприятия) отображаются вершинами, а дугами - их начала (входы) и (или) окончания (выходы), т.е. связи. ГР используются без детализации в виде, удобном для восприятия структуры функционирования, а полнота информации обеспечивается составом исходных данных. Удобству восприятия служит частичное отображение семантики графическими и буквенно-цифровыми средствами. Окончаниям процесса соотносятся выходные дуги, которые по смыслу учитывают его завершение, прекращение или прерывание.
В терминологии функциональных эргосетей, как аппарата исследования функционирования систем можно рекомендовать следующие определения:
- опасность - свойство материи (объектов, полей) создавать угрозу вреда (ущерба) людям и окружающей среде;
- безопасность - отсутствие угрозы вреда;
- источник опасности - материальные объекты и поля самой системы и окружающей среды;
- безопасное состояние - состояние системы, в котором воздействие на объекты защиты (включая саму систему) сил, потоков вещества, энергии и информации не превышает предельно допустимых значений (концентраций, норм);
- опасное состояние - состояние системы, в котором хотя бы одно из предельно допустимых значений воздействий превышено;
- событие, вызывающее опасное состояние - отказ с таким нарушением работоспособности системы, при котором хотя бы одно вредное воздействие выше предельно допустимого;
- аварийно-опасное состояние - состояние системы, вызывающее аварийное происшествие;
- опасная (аварийно-опасная) ошибка - ошибка, переводящая систему в опасное (аварийно-опасное) состояние;
- риск - образ действия (бездействие) с комбинацией вероятностных состояний системы и тяжести наносимого в них вреда;
- оценка риска - байесов средний риск - полный показатель опасности, грозящий людям и окружающей среде (объектам защиты) в результате функционирования системы при известности вреда по возможным ее состояниям.
Одна из наиважнейших целей деятельности моряков, эксплуатирующих корабельные и судовые технические средства, заключается в определении математической меры безопасности (такая мера нужна специалистам по проектированию и созданию сложных критических систем) и в определении конкретных практических мероприятий по защите систем от ухода в опасные состояния.
Длительное время математические модели проверки работоспособности и восстановления критически важных систем и технических объектов при ликвидации последствий аварий разрабатывались на основе бинарных моделей. В таких моделях оценивается два состояния объекта (1 - работоспособен, 2 - неработоспособен) и два исхода деятельности (1 - без ошибки, 2 - с ошибкой).
Создана математическая модель [9], которая учитывает три состояния объекта после воздействия опасных факторов аварии, а именно: 1 - работоспособен, 2 - обычный дефект, 3 - аварийно-опасный дефект и направления возможных исходов решения задачи, таких как успешность, аварийная ошибка, обычная ошибка, предупреждение аварии, тревожность по обычной ошибке, тревожность при успехе.
Автором решена задача получения численной оценки уровня опасности сложной критически важной технической системы.
Задача решена путем разработки функциональных структурных математических моделей процесса проверки работоспособности с восстановлением сложных критических систем и технических средств при ликвидации тяжелых последствий повреждений и аварий [9].
Оценка эффективности действий в такой послеаварийной ситуации адекватно выполнена с использованием разработанных триарных моделей, дающих возможность выделить аварийно опасный дефект, аварийно опасную ошибку и численно их оценить.
На рис. 1 показана структура сложного процесса, связанного с проверкой работоспособности и восстановлением критически важного (критического) технического объекта (ТО) или судовой системы.
Критический ТО, подвергаемый диагностированию может иметь аварийно опасные дефекты, обычные легко устраняемые неаварийно опасные дефекты или оставаться работоспособным с вероятностями 50, S2 соответственно. При выполнении проверки работоспособности необходимо принять одно из трех решений, а именно: критический технический объект считается работоспособным и начинает использоваться; объект имеет аварийно опасный дефект и восстановлению в условиях плавания не подлежит; объект имеет легко устраняемый дефект, восстанавливается и повторно проверяется на предмет работоспособности.
По результатам принятого решения процесс можно считать завершенным по первому выходу или прекращенным по второму выходу. Завершение такого процесса может быть связано с переходом к проводимым далее действиям по борьбе за живучесть. Прекращение процесса выполнения может быть связано с отказом от решения задачи и последующему переходу к специализированным технологическим мероприятиям.
Рис. 1. Структура сложного процесса выполнения проверки работоспособности и восстановления критического технического объекта
Выполнен учет трёх вероятных исходов по каждому выходу:
- по первому выходу:
«У» - успешность, или иначе ввод в действие и начало технического использования работоспособного объекта,
«А» - авария, когда ввод в действие критического ТО с аварийно опасным дефектом приведет к аварии,
«О» - ввод в действие критического технического объекта с обычным легко устраняемым дефектом. Это не приведет, или не в ближайшее время приведет к аварии,
- по второму выходу:
«ПА» - предупреждение аварийной ситуации,
«ТО» - тревожность по обычному дефекту с отказом от решения поставленной задачи при неаварийно опасном легко устраняемом дефекте,
«ТУ» - тревожность при успехе с отказом от решения поставленной задачи при работоспособном критическом техническом объекте.
Каждому из рассмотренных возможных исходов поставлена в соответствие своя вероятность его появления, математические ожидания и дисперсии времени появления. При выводе расчетных зависимостей для них использован метод основных соединений. Исходными данными, являющимися варьируемыми параметрами для расчета являются:
50, 5*1, 52 -вероятности аварийного, обычного дефекта или работоспособного состояния критического технического объекта или системы,
Д¿- условные вероятности правильных и ошибочных решений. При этом фактическое состояние объекта i = 0, 1, 2; решение о его состоянии у = 0, 1, 2, В0 - вероятность восстановления критического ТО с аварийным дефектом за один
восстановительный цикл, В1 - эта же характеристика для критического ТО с обычным дефектом;
Достаточно интересным и безусловно важным, на наш взгляд, явилось исследования зависимостей: РУ - вероятности успешности; РА - вероятности аварийной ситуации; РПА - вероятности предупреждения аварии от условной вероятности неверного диагностирования Д02 , проведенном в [5].
тт22 П01 о ТТ11/?
Р = Т^ ^тДВ*+^тДВ*+^, (4)
Д02
^ = ^^ , (5)
Д00
Важным и не менее интересным является проведенный анализ математических ожиданий времени до выхода из процесса с соответствующими исходами [9].
При проведении исследований взаимосвязи входных характеристик и выходных показателей на разработанной модели, выработаны практические рекомендации по повышению живучести критических технических средств и сложных систем кораблей и судов, совершенствованию существующих средств их технического диагностирования и восстановления, сложного технологического процесса в целом. Такие рекомендации нашли применение при перспективном проектировании систем информационной поддержки борьбы за живучесть кораблей и судов.
Использование достаточно широко апробированного аппарата теории вероятности и теории графов, сравнение показателей эффективности алгоритма действий при варьировании исходных данных подтвердило работоспособность разработанных моделей и чувствительность методики к изменению входных параметров.
Применение такого подхода в практике создания критических технических объектов и судовых систем, при анализе эффективности борьбы за живучесть технических средств позволит количественно оценивать и существенно уменьшать вероятность аварийных ситуаций, снижать уровень опасности и риска за счет выявления критических фрагментов алгоритмов функционирования судовых систем, алгоритмов действий экипажа и снижения или устранения их критичности - способности порождать тяжелые аварийные ситуации.
К научным задачам, требующим проведения дальнейшего исследования относятся:
- достоверное разделение ошибок операторов и отказов технической части конкретных критических систем на неопасные и опасные, их классификация по степени опасности;
- оптимизация параметров функционирования систем с совместным учетом эффективности, опасности, защищенности и ресурсности;
- разработка алгоритмов действий в аварийно-опасных ситуациях с критически важными судовыми техническими средствами, особенно при их проектировании, когда еще нет опыта эксплуатации, который достается все большей и большей ценой.
Список литературы:
[1] Van Vuuren W, van der Schaf T.W. The influence of safety culture on risks management // Proc. Tenth European Conf. on Safety and Reliability.- Rotterdam.-1999.-Vol. 2. P. 1261-1265.
[2] Безопасность оборудования. Термины и определения : ГОСТ ЕН 1070-2003. - [Действует с 2004-07-01]. - М.: Госстандарт России, 2003. - 40 с. - (Межгосударственный стандарт).
[3] Безопасность оборудования. Основные понятия, общие принципы конструирования.4.1. Основные термины, методика : ГОСТ ИСО/ТО 12100-1-2001. - [Действует с 2003-01-01]. - 16 с.
[4] Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения : ГОСТ 27.002-89. - 26 с.
[5] Безопасность оборудования. Эргономические принципы конструирования. 4.1. Термины, определения и общие принципы : ГОСТ Р ЕН 614-1-2003. - 10 с.
[6] Харченко В.С. Гарантоспособные системы и многоверсионные вычисления: аспекты эволюции / В.С. Харченко // Радюелектронш i комп'ютерш системи. - 2009. №. 7. - С. 46-59.
[7] Харченко В.С. Гарантоспособность и гарантоспособные системы: элементы методологии / В.С. Харченко // Радюелектронш i комп'ютерш системи. - 2006. №. 5. - С. 7-19.
[8] Avizienis A. Basic Concepts and Taxonomy of Dependable and Secure Computing / Avizienis A., Laprie J.-C., Randell B., Landwehr C. // IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing. -2004. vol. 1, № 1. P. 11-33.
[9] Гаршин А.Ю. Исследование процесса диагностирования и восстановления человекомашин-ных систем путем анализа согласованных показателей безошибочности, времени, бездефектности и безаварийности /А.Ю. Гаршин // Научно-технический журнал «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии» №3(317) 2016-4(318) 2016. Орел: ФГБОУ ВПО «Го суниверситет-УНПК», 2016. - С. 199-203.
[10] Чабаненко П. П. Моделирование обучения операторов / Человек в измерениях XX века, т. 7 // Педагогика и образовательные системы XX столетия. - М.: Междунар. акад. проблем Человека в авиации и космонавтике. - 2005. - С. 431-459.
[11] Чабаненко П. П. Вывод показателей качества человеко-машинных систем на основе функциональных сетей / П.П.Чабаненко // Арсенал XXI века.- 2002. - №1. - С.42 - 46.
TERMINOLOGY, IDENTIFICATION AND PROBABILISTIC EVALUATION OF DANGER AND RISK LEVEL OF THE SHIP TECHNICAL MEANS IN POST-EMERGENCY SITUATION
A. Y. Garshin, Ph. D. (Tech.), Associate Professor of «Power ships and structures», State University of Sevastopol, Marine Institute 299053, Sevastopol, Gogol str. 14
Keywords: danger, danger, risk, security, accuracy, time, resource indicators.
The article presents one of the ways ofprobabilistic hazard and risk assessment of using the ship technical means in the post-emergency situation after its diagnosis and restoration on the functional structural models by analyzing the system of consistent error-free, fault-free and trouble-free indicators.
References:
[1] Van Vuuren W, van der Schaf T.W. The influence of safety culture on risks management // Proc. Tenth European Conf. on Safety and Reliability.- Rotterdam.-1999.-Vol. 2. P. 1261-1265.
[2] Bezopasnost' oborudovaniya. Terminy i opredeleniya: GOST EN 1070-2003. M. Gosstandart Rossii, 2003. - 40 p. (Mezhgosudarstvennyi standart).
[3] Bezopasnost' oborudovaniya. Osnovnye ponyatiya, obshie principy konstruirovaniya. 4.1. osnovnie terminy, metodika: GOST ISO/TO 12100-1-2001. 16 p.
[4] Nadezhnost' v tekhnike. Osnovnye ponyatiya. Terminy i opredeleniya: GOST 27.002-89. - 26 p.
[5] Bezopasnost' oborudovaniya. Ergonomicheskiye principy konstruirovaniya. Terminy i opredeleniya: GOST R EN 614-1-2003. - 10 p.
[6] Kharchenko V.S. Garantosposobnye sistemy i mnogoversionye vychisleniy: aspekti evolyucii. 2009. №. 7. - p. 46-59.
[7] Kharchenko V.S. Garantosposobnost'i garantosposobnye sistemy: element metodologii. Radioelektronye i kompyuterni sistemy. 2006. №. 5. - p. 7-19.
[8] Avizienis A. Basic Concepts and Taxonomy of Dependable and Secure Computing / Avizienis A., Laprie J.-C., Randell B., Landwehr C. // IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing. -2004. vol. 1, № 1. P. 11-33.
[9] Garshin A.Yu. Issledovanie processa diagnostirovaniya i vosstanovleniya chelovekomashinnikh system putem analiza soglasovannikh pokazatelei bezoshibochnosti, vremeni, bezdefektnosti i bezavariinosti / Nauchno-tekhnicheskii zhurnal «Fundamentalnie i prikladnie problemi tekhniki i tekhnologii» №3(317) 2016-4(318) 2016. Orel: «Gosuniversitet-UNPK», 2016. S. 199-203.
[10] Chabanenko P.P. Modelirovanie obucheniya operatorov. Chelovek v izmereniyarh XX veka, t. 7. Pedagogika i obrazovatel'nie sistemy XX stoletiya. M.: Mezhdunarodnaya akademiya problem cheloveka v aviacii i kosmonavtike. 2005. p. 431-459.
[11] Chabanenko P.P. Vyvod pokazatelei kachestva chelovekomashinnyrh system na osnove funkcional'nyrh seteyi. Arsenal XXI veka. 2002. №1. p. 42-46.
Статья поступила в редакцию 12.02.2019 г.
УДК 621.436.12
М.Н. Покусаев, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой эксплуатация водного транспорта ФГБОУ ВО «Астраханский Государственный Технический Университет», e-mail: [email protected] А.С. Зубарев, аспирант кафедры эксплуатация водного транспорта ФГБОУ ВО «Астраханский Государственный Технический Университет», e-mail: [email protected]
А.Ю. Грабарчук, студент института морских технологий, энергетики и транспорта, ФГБОУ ВО «Астраханский Государственный Технический Университет», e-mail: [email protected]
А.В. Васильев, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Теплотехника и гидравлика», ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет», e-mail: [email protected] О.П. Ковалёв, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Товароведение, холодильные машины и технологии» Дмитровский рыбохозяйственный технологический институт (филиал) ФГБОУ ВО «Астраханский Государственный Технический Университет», e-mail: [email protected]
ПРОВЕДЕНИЕ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПО ПОДАЧЕ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ВО ВСАСЫВАЮЩИЙ КОЛЛЕКТОР ДИЗЕЛЯ 6ЧСП 15/18 НА СУДНЕ РК-2091
Ключевые слова: Дизельный двигатель, аккумуляторная топливная система, окислы азота, натурные испытания, защита морской среды, МАРПОЛ, диметиловый эфир.
Авторами статьи представлена экспериментальная установка, которая позволяет подавать любой газообразный добавочный компонент во всасывающий коллектор дизельного двигателя в любой момент рабочего цикла с целью уменьшения содержания вредных выбросов в отработавших газах дизельного двигателя. Проведены натурные испытания по подаче ДМЭ во всасывающий коллектор дизельного двигателя 6ЧСП 15/18 на судне РК-2091. В ходе проведения испытаний было установлено, что при добавлении ДМЭ к воздушной смеси концентрация оксида азота NOx максимально снижается при частоте вращения коленчатого вала 640 об/мин и в процентном соотношении составляет 12,37%. Концентрация NO2 увеличивается при добавлении ДМЭ к воздушной смеси, минимальное значение в процентном соотношении составляет 2,67% при частоте вращения коленчатого вала 856 об/мин. Концентрация NO максимально снижается при частоте вращения коленчатого вала 640 об/мин и в процентном соотношении составляет 28,38%. Концентрация CO повышается на всех режимах работы, минимальное значение в процентном соотношении составило 85,11% при частоте вращения коленчатого вала 586 об/мин.
Введение
На 65-ой сессии Комитета по защите морской среды 13-17 мая 2013 года в ходе состоявшейся дискуссии была обоснована преждевременность введения в Балтийском море зоны контроля выбросов NOx и стандарта по ограничению выбросов NOx для
