автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Элементы контроля и самоконтроля деятельности штурманской вахты при плавании в стесненных водах

На правах рукописи

Рамков Иван Анатольевич

ЭЛЕМЕНТЫ КОНТРОЛЯ И САМОКОНТРОЛЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ШТУРМАНСКОЙ ВАХТЫ ПРИ ПЛАВАНИИ В СТЕСНЕННЫХ ВОДАХ

Специальность 05.22.19-эксплуатация водного транспорта, судовождение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- з т 2011

чоэ8Ц44

Мурманск-2011

4858844

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Мурманский государственный технический университет"

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Меньшиков Вячеслав Иванович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Скороходов Дмитрий Алексеевич кандидат технических наук, доцент Позняков Сергей Иванович

Ведущая организация: Закрытое Акционерное Общество (ЗАО) научно-производственное предприятие (НПП) "ВЕГА"

Защита диссертации состоится "16" ноября 2011 г. в 13 часов 00 мин на заседании диссертационного совета К 307.009.02 при Мурманском государственном техническом университете по адресу: 183010, г. Мурманск, ул. Спортивная, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мурманского государственного технического университета

Автореферат размещен на сайте МГТУ www.mstu.edu.ru '40" октября 2011 г. Автореферат разослан " октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

А. Б. Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Согласно данным Международной морской организации (ИМО) аварийность судов мирового флота продолжает оставаться достаточно высокой и тенденций к ее снижению не наблюдается. Более половины аварийных случаев (АС) происходит при плавании судов в стесненных водах (реках, каналах, проливах и др.) или вблизи них. Основной причиной 80 % АС является "человеческий фактор". Прохождение стесненных вод относится к наиболее сложным видам плавания, а судовой специалист в современных морских структурах управления является самым ненадежным и непредсказуемым звеном. Каким будет его поведение в опасной ситуации, зависит от множества психофизических факторов.

Все АС, так или иначе, взаимосвязаны. Это прежде всего можно объяснить структурой управления судна, основой которой является штурманская вахта во главе с капитаном. Если учитывать весь диапазон деятельности судоводителя и его текущие психофизические свойства, то возникает необходимость в поиске путей повышения эффективности управления состоянием безопасности мореплавания и разработке мер реагирования на технические отказы, организационные сбои и ошибки "человеческого элемента".

Основой производственного поведения "человеческого элемента" в организационных и организационно-технических системах управления судном является контроль и самоконтроль деятельности. Именно контроль и самоконтроль способны снизить вероятность появления ошибок в процессе восприятия и обработки навигационной информации. Поэтому задачу минимизации вероятности появления ошибок, далее квалифицируемых как несистемная деятельность персонала вахты, за счет использования контроля и самоконтроля следует считать актуальной.

Целью исследования является разработка моделей механизмов контроля и самоконтроля несистемной деятельности состава штурманской вахты, обеспечивающего поддержание заданного уровня безопасности мореплавания судна при прохождении стесненных вод.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе было необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ аварийных случаев в стесненных водах, выделив основные нарушения правил несения ходовой штурманской вахты, и со-

ставить документальную норму, обеспечивающую безопасное мореплавание при плавании судна в особых обстоятельствах;

2. Математически описать процесс несения ходовой вахты штурманским коллективом при плавании судна в стесненных водах, рассматривая вахту как систему, включающую два иерархических уровня: верхний (капитан) и нижний (вахтенные помощники);

3. Разработать методику классификации процессов несения ходовой штурманской вахты с использованием метода структурной минимизации и привлечением критерия минимального уклонения среднего риска или суммарного риска от эмпирических значений риска;

4. Составить индикаторную функцию, позволяющую идентифицировать несистемные действия вахтенных помощников капитана и оценить возможность поступления от них заведомо недостоверных докладов (индивидуальных несистемностей);

5. Оценить распределение времени вынужденных реструктуризации в системе штурманской вахты и определить возможное число несистемных действий "человеческого элемента" за заданное время функционирования этой системы в рамках теорий восстановления и надежности;

6. Выполнить анализ функционирования и работоспособности модели механизма самоконтроля, используемого в процессе восприятия и обработки судоводителем навигационной информации, поступающей ему от мультимедийного пространства.

Объектом исследования является коллектив судовой штурманской вахты, рассматриваемый как система, обеспечивающая безопасность мореплавания в стесненных водах и отвечающая требованиям международных конвенций СОЛАС-74, МППСС-72, ПДНВ-74/95 и кодексов к ним, а также национальным требованиям.

Предметом исследования являются механизмы, реализующие процессы контроля и самоконтроля в коллективе штурманской вахты и обеспечивающие диагностическую наблюдаемость деятельности "человеческого элемента" из состава штурманской вахты при плавании судна в стесненных водах.

Теоретической базой исследования является системный подход к обеспечению безопасности мореплавания судна в стесненных водах.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен оптимальный метод структурной идентификации процессов несения штурманской вахты с последующей их классификацией,

который позволяет выделить классы "общих" и "частных" процессов, идущих на мостике судна;

2. Показано, что предложенная классификация процессов несения вахты позволяет установить факт появления несистемной деятельности "человеческого элемента" только тогда, когда из множества альтернатив, используемых капитаном при принятии решений, можно выделить наиболее предпочтительную альтернативу;

3. Показано, что реструктуризации в системе штурманской вахты можно рассматривать как последовательность рекуррентных стационарных событий и характеризовать их вероятностью, выраженной через коэффициент готовности этой системы, полученный для мгновенных несистемных действий "человеческого элемента";

4. Составлен показатель, позволяющий оценить персональное производственное поведение вахтенного помощника при несении им вахты в стесненных водах в зависимости от величины девиации параметров, характеризующих его психофизическое состояние;

5. Показано, что при составленной модели механизма самоконтроля как в процессе восприятия навигационной информации, так и при ее обработке судоводителем показатели информационной и функциональной надежности "человеческого элемента" могут быть сведены к единому показателю надежности.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке математического описания процессов контроля и самоконтроля деятельности "человеческого элемента" при несении штурманской вахты с учетом возможной его несистемной деятельности.

Практическая значимость работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций позволили снизить уровень навигационной аварийности на судах компании ФГУП ПИНРО за счет уменьшения числа ошибок "человеческого элемента", входящего в состав штурманской вахты.

Личное участие автора состоит в получении научных результатов, отраженных в опубликованных работах, и повышении безопасности плавания судна в стесненных водах.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечивается корректным использованием системного подхода, структурного анализа, дифференциального и интегрального исчисления, теории вероятностей и статистики, а также подтверждается

результатами натурного эксперимента. Эксперимент основывался на проведении экспертного опроса судоводителей, работающих на научно-исследовательских судах.

Внедрение работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций использованы в Системе Управления Безопасной эксплуатацией судов компании ФГУП ПИНРО, а также при дополнительной подготовке, профессиональной переподготовке и повышении квалификации лиц судоводительского состава, осуществляемых в Мурманском филиале ГМА им. адм. С. О. Макарова.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на международных научно-технических конференциях МГТУ (Мурманск 2007-2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ, одна из которых опубликована в ведущем рецензируемом научном журнале из перечня ВАК, две статьи в научных журналах и изданиях, три статьи в материалах международных научно-технических конференций и одна статья депонирована.

Положения, выносимые на защиту:

1. Документальная норма, обеспечивающая безопасное плавание судна в особых обстоятельствах;

2. Методика классификации процессов несения ходовой штурманской вахты при прохождении судном стесненных вод;

3. Оценка несистемной деятельности вахтенных помощников капитаном при плавании судна в стесненных водах;

4. Минимизация индивидуальных несистемносгей за счет самоконтроля при плавании судна в стесненных водах.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. В приложении приведены данные натурного эксперимента и акты внедрения, подтверждающие фактическое использование результатов исследования в производственном и учебном процессах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и приведен перечень задач исследования.

В первой главе выполнен анализ аварийности судов в стесненных водах, составлена документальная норма безаварийного несения штурманской вахты, предложена организационная модель этой вахты и разработана методика классификации процессов, позволяющая выделить классы "общих" и "частных" процессов, идущих на мостике судна.

При плавании в стесненных водах необходимо принимать своевременные меры по предотвращению развития опасной ситуации, проводить предварительное моделирование и отработку действий при наиболее вероятных осложнениях навигационной обстановки. Кроме того необходимо поддерживать личный состав вахты в постоянной готовности к ликвидации внезапно возникшей опасности даже при должной организации работы судоводителей. Организация несения штурманской вахты должна включать получение исчерпывающей информации об окружающей обстановке и состоянии своего судна, выработку правильных решений, исполнение и контроль их эффективности, дублирование наиболее ответственных операций в целях повышения безопасности мореплавания. Анализ аварийности судов при плавании в стесненных водах показал, что модель безопасного плавания может быть составлена на основе документальной нормы НБ, определяющей все действия штурманской вахты в особых обстоятельствах. Норма Ш содержит в себе требования нормативных документов, регламентирующих плавание судов в акваториях с ограниченной глубиной и шириной, таких как ГТДНВ, МППСС-72, РШС, НОШС и Проверочный лист СУБ. С формальной точки зрения эту норму можно записать так: Ф: ПДНВ х МР хЯБ х ЛФ хРЬ Ш, где МР-МППСС-72; ^-рекомендации по организации штурманской службы (РШС-87); ИБ - наставление по организации штурманской службы (НОШС-89); РЬ - проверочный лист СУБ.

Выполненный анализ показал, что большинство навигационных аварийных случаев связано именно с нарушениями нормы НБ, неудовлетворительной организацией штурманской службы на судах и нарушением или невыполнением вахтенными специалистами вышеуказанных правил и требований документов в части, касающейся безопасности плавания в особых обстоятельствах. Если штурманская вахта организована и действует в пределах принятой нормы Я5, то судно способно осуществлять свое функциональное назначение, выполняя эту функцию без риска для судна, эки-

пажа (пассажиров), груза и окружающей среды. Более того, при несении вахты в рамках нормы НБ судно может обеспечивать и экономически оптимальную эксплуатацию, заданную некоторыми критериями оптимальности. Таким образом, для решения задачи безопасного плавания судна в стесненных водах необходимо математически описать процесс несения вахты штурманским коллективом, действующим в рамках нормы Ж.

Организационная модель ходовой штурманской вахты Р при плавании судна в условиях стесненных вод включает два иерархических уровня: верхний, содержащий элемент £0 (капитан судна), и нижний, содержащий элементы (вахтенные помощники, машинное отделение и т. д.).

Элементу верхнего уровня поступают информационные сообщения (доклады) от "человеческого элемента" нижнего уровня 5Л. Учитывая, что капитану приходят входные сообщения двух видов: Ми®, процесс Р можно представить в виде отображения Р: М х 0 -> X, где М - множество сообщений, поступающих от нижестоящих элементов штурманской вахты »Ур...,5„; ©-множество сообщений, представляющих собой информацию о внешних возмущениях, поступающих из окружающей среды через систему обзора; X - множество выходов процесса Р.

В свою очередь, элементам штурманской вахты 5,- поступают входные сообщения двух видов: С-множество координирующих сообщений от вышестоящего элемента и Zi- множество информационных сообщений (докладов, идущих по обратной связи) от технических средств судовождения. Выходом 5, является локальный доклад (сообщение) т,, выбираемое из множества М,.В любом элементе второго уровня реализуется операция, которую можно задать с помощью отображения :£х2( М,.Таким образом, с помощью операций М личный состав вахты оказывает влияние на общий процесс несения ходовой штурманской вахты, С,- инструмент воздействия капитана на вахтенных помощников.

Если штурманскую вахту рассматривать как управляемую систему с элементом «50 (капитан), являющимся управляющим звеном, то элемент 50 будет иметь только один вход, по которому ему поступает информация IV. Эта информация идет по обратной связи от нижестоящих элементов

системы и используется капитаном для формирования координирующих команд у. Следовательно, управляющий элемент выполняет операцию, вид которой можно задать отображением : IV -» ¿¡, где \У - множество информационных сигналов м, с помощью которых реализуется обратная связь "вахтенный помощник - капитан". Можно предположить, что штурманская вахта является суперпозицией п процессов, причем таких, для которых каждый г-й процесс есть отображение П: М, х и, х 0 -> Х„ где и, -множество управлений и,, посредством которых процесс Р-, связывается с другими процессами. Если предположить, что на каждый подпроцесс воздействует одно и то же внешнее возмущение 9 из 0, по-разному влияющее на каждый из подпроцессов, то внешнее возмущение 6 из 0 представляет п-компонентный набор (0,, ...,0„), в котором на г-й подпроцесс воздействует только 1-я компонента 0. Тогда для каждого /, 1 < г < п можно задать отображение Н,:М хХ -» икоторое будет показывать объединенный мето-процесс, описывающий функционирование ходовой штурманской вахты в структуре безопасного мореплавания. В этом случае множества можно назвать множествами связующих сообщений (команд), их элементы - связующими командами, а отображения #, - связующими функциями процессов.

Будем считать, что метопроцесс несения ходовой штурманской вахты Р определяется через подпроцессы, а их связь в единую систему несения ходовой штурманской вахты характеризуется соотношением Р(т,в) = (т,К(т,в),$),щеК (т ,0) - функция взаимодействия процессов в составе метопроцесса Р, выражаемая с помощью уравнения К(т,&) = Н(т,Р(т,0)). Отсюда можно сделать вывод о том, что функция К способна "интегрировать" взаимодействия отдельных подпроцессов в единый метопроцесс, отвечающий документальной норме НБ.

Для разработки методики классификации процессов, составляющих метопроцесс, в данном случае целесообразно использовать метод структурной минимизации, который базируется на оценках уклонений среднего риска (вероятности ошибочного выбора) или суммарного риска (частоты ошибок обучения из апостериорной выборки) от эмпирического риска (частоты ошибок обучения).

Учитывая, что на множестве индикаторных (классифицирующих) функций Т, на котором ведется поиск оптимальной классифицирующей функции Г0 (х), существует структура 5 = {5, с с ... с 5 ;1с ...}, где каждый ее элемент 3у' = 1,2, ...) - это класс индикаторных функций определенной сложности, содержащий в качестве подмножества предыдущий элемент 5 , задача классификации может быть решена в два этапа. На первом этапе определяются классифицирующие функции, минимизирующие эмпирический риск на каждом уровне заданной структуры. В этой структуре каждое разбиение уровня п получено из разбиения уровня (п - 1) путем деления одной из подобластей (п - 1) уровня на две непустые подобласти. На каждом уровне структуры п среди всех 2" л-звенных функций выбора, определенных на разбиении можно найти индикаторную функцию, минимизирующую на этом уровне эмпирический риск по апостериорной выборке. Такой функцией является индикаторная функция, относящая подобласть X" к тому классу, мощность которого больше:

1 при еи > е2/,

Т0(х) = «

0 при еи < е2(,

если х е X, где Е1(,е2( - число наблюдений в первом и втором классах соответственно из апостериорной выборки, попавших в подобласть X".

Эмпирический риск функции выбора Т0 (х) в этом случае можно вычислить по формуле

¡-1

где Ь - объем апостериорной выборки.

Таким образом, практическое использование индикаторной функции и принятого критерия позволяет восстанавливать индикаторную (классифицирующую) функцию и определять ее значения на векторах апостериорной выборки при минимуме эмпирического риска.

На втором этапе из найденных функций выбирается такая функция классификации, которая дает минимальную оценку среднего или суммарного риска. Пусть ¿•-{Х,,^}-фиксированное разбиение наблюдаемого пространства (мостика судна) процессов несения ходовой штурманской вахты X, составленное из двух непересекающихся процессов - "общего" Хх =Y(m,u,9) и "частного" Хг =Z(m,x),a Т (х) - двухзвенная кусочно-постоянная функция выбора вида |1,если х е X¡,

Т(х)=<

О, если х е Х2,

где Хх,Хг - классы "общих" и "частных" процессов, идущих на мостике судна при прохождении стесненных вод, соответственно.

Далее найдем вероятность ошибочной классификации процессов Р{Т), идущих на мостике судна при прохождении стесненных вод, для выбранной классифицирующей функции. Для этого достаточно использовать следующие условные обозначения: /(х |со) - условная плотность распределения вероятностей появления первого (со = 0) и второго (со = 1) классов состояний; р(и) - априорная вероятность появления наблюдений из класса сз;/(*|со) = р(ю)/(х |со) - совместная плотность распределения наблюдений и класса состояний, определенная на пространстве X х Q,где П = {0,1}. Учитывая, что заданные классы процессов обладают свойством X, г\ X 2 = 0 , можно получить равенство

¡-i

где р0, = ¡f(x,0)dx и ри = \f(x,\)dx.

х X

Таким образом, метод структурной минимизации, базирующийся на оценках уклонений среднего риска или суммарного риска, позволяет классифицировать "общие" Y (m,u, 0) и "частные" Z(m,x) процессы из мето-процесса, идущего на мостике судна при прохождении стесненных вод. Более того, предложенная методика классификации процессов позволяет решать задачи оптимального планирования организации штурманской вахты в сложных условиях плавания судна.

Во второй главе составлена процедура идентификации несистемной деятельности персонала штурманской вахты, разработан механизм контроля процессов Y(m,u,Q) на предмет наличия в них деятельности, не отвечающей документальной норме HS, и предложена методика оценки надежности "правильного" функционирования процессов Y(m,u,Q) при плавании судна в стесненных водах.

Для идентификации общей несистемной деятельности персонала штурманской вахты в работе принято, что структура этой вахты, с одной стороны, отвечает положениям Международной конвенции по дипломиро-ванию и несению вахты (ПДНВ-78/95) и протоколам к ней, с другой - национальным требованиям. Если с помощью контрольных мероприятий, реализуемых в рамках требований культуры управления с ориентацией на норму HS, осуществляется оценка состояния деятельности штурманской вахты, то такую оценку можно получить с помощью индикаторной функции F(s) :

1,если s с: H S при системной деятельности штурманского коллектива вахты т], обеспечивающей безопасное состояние судна;

F (s) = { 0, если sctHS при несистемной деятельности штурманского коллектива вахты т), не обеспечивающей безопасное состояние судна,

где s - состояние, характеризующее текущую деятельность штурманской вахты при плавании в условиях стесненных вод; г| — структура вахтенной службы.

Если индикаторная функция показывает, что процесс несения вахты признан не отвечающим норме HS, то такая деятельность вахтенного коллектива должна быть признана "общей" несистемной деятельностью и характеризоваться вектором несоответствий и = s о fTS. Поэтому при оценке несистемной деятельности определяющим является выбор альтернативы, реализуемый на основе поступающей информации. При таком выборе следует ориентироваться на предпочтительность альтернативных неколлективных несистемностей, которые сопряжены с существенными навигационными рисками.

Основой процедуры любого выбора является некое правило, согласно которому устанавливается факт появления нежелательного события.

В данном случае предпочтительность альтернатив состоит из двухточечного множества А = {а,,я2} и может быть оценена набором критериев К = (К1,К1,...,Кп), допускающих качественную либо количественную оценку альтернатив. При принятии решения на мостике судна относительно возникновения элементов персональной или коллективной несистемной деятельности капитан судна может использовать принцип классификации с помощью заданной эмпирической системы Иа=(А0,Ра), где ^-множество альтернатив; Ра - отношения частичного порядка на множестве А0. Такая классификация полностью определяет выбор в том случае, когда соответствующая эмпирическая система измерима в порядковой шкале, т. е. когда в любом подмножестве множества альтернатив А можно выбрать наиболее предпочтительную альтернативу. Именно такой подход целесообразно использовать капитану при классификации деятельности коллектива штурманской вахты.

В процессе исследования сложных систем огранизационно-технического типа, предназначенных для описания процесса несения штурманской вахты при плавании в стесненных водах, всю несистемную деятельность объединения "человеческого элемента" можно разбить на два класса. К первому классу несистемной деятельности относится критичная деятельность, которой сопутствуют существенные риски, устранение которых требует реструктуризации системы вахты, после которой она способна полностью восстановиться и функционировать в рамках нормы НБ. Ко второму классу несистемной деятельности относится эксплуатационная деятельность "человеческого элемента", которой сопутствуют минимальные риски и которая не требует реструктуризации системы.

При стационарном режиме функционирования системы ходовой штурманской вахты в условиях стесненных вод можно оценить величины целого ряда характеристик, которые позволят решать задачи оптимизации процесса несения штурманской вахты. В качестве основной характеристики, оценивающей надежность системной деятельности штурманского коллектива, можно использовать вероятность нахождения такого коллектива в работоспособном состоянии в произвольно выбранный момент при прохождении стесненных вод. Для определения вероятности нахождения коллектива вахты в работоспособном состоянии примем, что после появления элементов не-

системной деятельности у отдельных членов вахты коллектив в состоянии с вероятностью г освободиться от влияния эксплуатационных несистемно-стей, а с вероятностью 5 = 1 - г - от критичных несистемностей. Тогда функцию распределения и математическое ожидание числа г) эксплуатационных несистемных действий штурманской вахты за период восстановления можно найти так: р(ц = I) = р, = эг1 и М [т|] = г / я, где / - случайное число элементов эксплуатационной несистемной деятельности за период восстановления системы штурманской вахты. В случае возникновения немгновенных эксплуатационных и критичных несистемностей при несении штурманской вахты моменты окончания ее реструктуризации являются точками регенерации, а процесс функционирования вахты - регенерирующим процессом. Если использовать гипотезу о том, что в реальном процессе функционирования штурманской вахты число переходов из одного состояния в другое за весь процесс регенерации не ограничено, то в качестве еще одной характеристики стационарного режима можно использовать вероятность нахождения вахты в работоспособном состоянии в любой заданный момент. Заменим реальный процесс функционирования вахты некоторым условным с двумя состояниями А1 и Аг, где А1(А2)~состояние, объединяющее все состояния работоспособности (неработоспособности), в которых может находиться штурманская вахта за период восстановления. Условный процесс за период восстановления переходит из одного состояния в другое и является альтернирующим процессом регенерации, который наиболее полно может быть охарактеризован длительностью у периода восстановления. Также данный процесс определяется вероятностью нахояодения процесса в состоянии А1 ,/ = 1,2 при работе штурманской вахты в стационарном режиме, где у,"время пребывания условного процесса в состоянии Д.,г = 1, 2 за период восстановления. Для стационарного альтернирующего процесса д, = Л/[у(.]/ЛГ [у], т.е. вероятность нахождения штурманской вахты при прохождении стесненных вод в работоспособном состоянии в произвольно выбранный момент будет равна Р = <}1-

Отличительной чертой штурманской вахты при отсутствии непрерывного контроля является возможность нахождения системы в состоянии так называемого скрытого промаха или накапливающейся ошибки, когда вахта уже не обеспечивает безопасность мореплавания, но контролем капитана

это состояние еще не выявлено. В этом случае в качестве характеристики, определяющей стационарный процесс функционирования штурманской вахты, можно использовать коэффициент готовности. Объединим все состояния работоспособности вахты в общее состояние В1г все состояния несистемной деятельности штурманского коллектива - в общее состояние В2, а все состояния со скрытой и накапливающейся ошибкой - в состояние 53. Кроме того б, - время восстановления, причем 9 = X®'-

В рамках сформулированных допущений можно найти важнейшую для практики характеристику ходовой штурманской вахты - вероятность qi нахождения ее в произвольно выбранный момент в одном из состояний 5, ,1 = 1, 3. Задача оценки <?, сводится к оценке величины М [93], которую оценим при помощи м[к\ где К -число наблюдений за период восстановления: М[^] = М[К}МЩ-М[<;}. Отсюда <?, =М[9,]/Л/[6] и коэффициент готовности, определяется так:

Кт=М[вх]1МЩ = М [д] / (.М [К]М [4] + М [<р]М [у]), где <; - время между двумя последовательными реструктуризациями штурманской вахты; Ь, - время работы вахты без элементов несистемной деятельности; ф - время восстановления вахты после появления эксплуатационной несистемной деятельности; у - время восстановления вахты после реструктуризации. Если капитан способен выполнять наблюдения лишь в заранее назначенные моменты, то система контролируется лишь в моменты 1Т, I > 0.

Пусть {к,Т} ,=0 - последовательность моментов, в которые выявлены

несистемности, требующие реструктуризации вахты. Моменты кгТ - точки регенерации или рекуррентные события, а в стационарном режиме вероятность (¿(к^ возникновения рекуррентных событий в моменты к,Т не зависит от номера : б (Л ) = <2(к) = <2 при У к, кг Поэтому определим коэффициент готовности штурманской вахты в предположении, что значение

вероятности <2 известно:

00

Кг=(в/Т)1ч»(0А,

о

где (/) - вероятность того, что штурманская вахта не совершит управленческую ошибку до момента отсчитываемого от последней реструктуризации.

Момент начала реструктуризации штурманской вахты является рекуррентным событием, а вероятность б возникновения этого события в какой-либо момент кТ наблюдения для стационарного режима не зависит от номера к, так как в этом случае полученный коэффициент готовности полностью совпадает с оценкой, полученной при мгновенных эксплуатационных и реструктуризационных изменениях, появляющихся в процессе несения ходовой штурманской вахты.

В третьей главе предложена методика оценки производственной деятельности вахтенных помощников капитаном при наличии у них стрессоров, возникающих в процессе плавания судна в стесненных водах, а также модель механизма самоконтроля, способного минимизировать количество индивидуальных несистемностей, обусловленных наличием таких стрессоров.

Примем, что стрессовое поведение "человеческого элемента" из состава штурманской вахты при плавании в стесненных водах вносит изменения в структуру этой вахты. Структура с учетом стрессоров, с одной стороны, адекватна принятой ранее, с другой - искажена стрессовыми явлениями у "человеческого элемента" из состава штурманской вахты. Тогда в этих структурах могут быть идентифицированы процессы: первый процесс, реализуемый "человеческим элементом" при наличии стрессоров в виде 21*(т,х), второй (т,х)~ удовлетворяющий требованиям нормы НБ.

Для оценки того, насколько реализуемый процесс 2, * (т, х) при наличии в нем стрессоров способен удовлетворять требованиям процесса г,.(/п,л:), отвечающего норме НБ, можно использовать индикаторную функцию, записанную так:

г

1,если с с то вахтенный помощник находится в нормальном рабочем состоянии, адекватен и реализует процесс

О, если с <£ 5, то вахтенный помощник находится в стрессовом состоянии, неадекватен и реализует процесс 2, *(т,х),

_ <

где с-величина, характеризующая текущее поведение вахтенного помощника с учетом действующих стрессоров; 5 - величина, характеризующая стандартное поведение вахтенного помощника в рамках нормы Я5.

Индикаторная функция позволяет определить величину неадекватности поведения любого члена вахтенного коллектива по данным контроля со = 5Пс^0 и оценить возможность поступления от него заведомо недостоверного доклада или, другими словами, индивидуальной несистемности. Так, с помощью (с) капитан судна может прогнозировать поведенческие реакции своих подчиненных, оценивать достоверность поступающей от помощников навигационной информации и исключать решения, приводящие к негативным последствиям.

Чтобы оценить, насколько реализуемый процесс 2, *(т,х) при наличии в нем стрессоров соответствует процессу 2Дт,х), будем использовать индексы устойчивости параметров (характеристик) Ср или Срк процесса 11 * (т,х). Совокупность этих характеристик должна быть выражена единым числом (показателем качества производственного поведения). Для системы штурманской вахты при плавании судна в стесненных водах можно использовать комплексный показатель, характеризующий производственное поведение любого члена вахтенного коллектива, который для процесса *{т,х) можно записать так: ()пр = /(2с .бе,,)- В условных единицах (}„р позволяет оценивать персональное поведение любого члена вахтенного коллектива в зависимости от величины рассеяния и смещения параметров, характеризующих его поведение на мостике судна. Задачу комплексирования показателя можно решить путем подбора уравнений для него по отдельным значениям квалиметрической оценки рассеяния и смещения параметров поведения "человеческого элемента" с последующим их объединением в комплексный показатель поведения. Для контроля процесса Z¡ *(т,х) зададимся некоторым стандартным значением С р, к которому должен стремиться поведенческий процесс "человеческого элемента" по параметру рассеяния. Тогда показатель, отражающий рассеяние поведенческого процесса "человеческого элемента", (2Ср = Ср(т(.к) / Ср(сгт), где Ср(тек) - текущее значение индекса воспроизводимости процесса *(т,х); Ср(стаид) - целевое (стандартное) значение индекса воспроизво-

димости процесса устанавливаемое на судне при несении вахты

в стесненных водах в соответствии с нормой Ш. Полученное отношение позволяет оценивать наличие стрессоров в поведенческом процессе "человеческого элемента" в зависимости от индивидуального параметра состояния рассеяния Ср. При идеальном поведенческом процессе или, другими словами, при отсутствии реакции "человеческого элемента" на стрессоры, должно выполняться условие QCp = 1 • Смещение поведенческого рассеяния под действием стрессоров относительно нормального состояния, определенного нормой НБ, можно характеризовать показателями Срк[ищ и Срказц. Для количественной оценки смещения и поведенческого рассеяния целесообразно использовать ту величину Срк{Ш1) или СрЧШ), которая в данном конкретном случае имеет наименьшее значение. Так как Сркизи = 2Ср(Тск) ~Ср1ат, все события наблюдаемого поведенческого процесса "человеческого элемента" будут лежать вне регламентированного диапазона параметров, только при таких ограничениях:

Срцш) - ~1> если Срк{1]31) < 2Ср(тек) — Срк(Ш^;

Срк^) - если Сркщц < 2Ср(тек) ~Срк(ищ.

Для определения вида функции, которая способна объединить поведенческие показатели "человеческого элемента" Р, <2Ср и <2сРк в единый показатель, можно воспользоваться отношениями <2„р = (2Ср + 0.Срк или <2„р = <20ДСрк, где Р- множитель, учитывающий долю событий, лежащих внутри регламентированного диапазона параметров поведенческого процесса. При комплексировании QCpk с учетом последних выражений можно получить комплексный показатель бС/)4(тах), который будет характеризовать поведенческие процессы "человеческого элемента" из состава штурманской вахты при наличии у него стресса, способного привести к появлению несистемных действий. Такой показатель в общем виде запишется так:

бс^(шах) = РС11ЫК) / Ср(ста1и) ехр |1п(0,5)(Срк(1Ск) - Ср(тск)) / Ср(тск)}.

Предложенная методика оценки "нестандартного" поведения "человеческого элемента" из состава штурманской вахты на мостике судна при

наличии стрессоров основана на объединении наиболее представительных статистических характеристик в одну. Однако контроль "нестандартного" поведения "человеческого элемента" из состава штурманской вахты при наличии стрессоров, основанный на использовании обобщенного показателя 2см(шах)>не всегда позволяет идентифицировать ошибки восприятия или обработки навигационной информации. Поэтому в главе исследуются модели механизмов самоконтроля, способные снизить вероятность появления ошибок при восприятии или обработке навигационной информации.

При описании механизмов самоконтроля восприятия и обработки навигационной информации были использованы принцип "обратной связи" и "стандартная схема взаимосвязей", которые в объединенном виде образовали общую структуру модели самоконтроля в виде графа с циклической топологией (рис. 1).

Процесс самоконтроля с учетом физических особенностей процесса восприятия информации судоводителем позволяет получить конкретную модель. Введем следующие обозначения в принятую структуру (рис. 1): 1 - мультимедийное пространство сообщений ©, образованное интегрированной системой технических средств судовождения; 2 - операция восприятия судоводителем сообщений 9 е 0; 3 - операция идентификации ошибок восприятия сообщений 9 е 0; 4 - операция исправления ошибок восприятия сообщений 9 е ©; 5 - множество воспринятых сообщений 0 * о состоянии безопасности судна, включающее как верные сообщения, так и ошибочные. Механизм самоконтроля при восприятии информации можно свести к процессу идентификации закона распределения вида:

где <Т>-время, затрачиваемое судоводителем на восприятие N единиц информации. Если подробнее проанализировать полученную модель, то можно оценить временные (< Т >) и стоимостные (< С >) ресурсы, за-

Рис. 1

Ф * ([(1 ~ <Т> -Щ\ + ¿Г«, - й )]' Л(1"й+й)) *

трачиваемые судоводителем на безошибочное восприятие потока данных Ы:

< с >> с [*а л/ЩГ^яТ+яа + Щ+а> - а) ■/О ■- а) ].

где go (§1) - вероятность успешного (неуспешного) обнаружения возникшей ошибки.

Для составления модели самоконтроля при обработке информации также использовался принцип "обратной связи" и "стандартная схема взаимосвязей" (рис. 1). В принятой структуре использовались следующие обозначения: 1 - множество сообщений о состоянии безопасности судна 0О с ©*, включающее только верные данные; 2 - операция обработки судоводителем сообщений о состоянии безопасности судна из множества ©0! 3 - операция идентификации ошибок обработки сообщений из множества ©„; 4 - операция исправления ошибок обработки сообщений из множества ©0; 5 - множество параметров состояния безопасности мореплавания 0, с ©„, подлежащее последующему контролю и включающее как верные, так и ошибочные величины этих параметров. В рамках обозначений учитывалось, что поток сообщений с выхода операции обработки представляет собой чередование последовательностей верно и ошибочно обработанных единиц навигационных данных. Поток сообщений на выходе операции обработки (рис. 1) представляет собой альтернирующий поток восстановления, а функционирование модели самоконтроля описывается законом распределения Ф(Ы,х) времени обработки N единиц данных вида:

*) = Ф *((* - N - М [ЛГ(Л0]) /

Тогда о безошибочности самоконтроля за среднее время (<Т>) и о достаточности выделенного ресурса (< С >) для такого самоконтроля можно судить по реализуемости следующей системы неравенств:

<Т>>1аф[Х(Ю]) + М+М[Х(Ю];

< С >> с[гаЛ/а[Х(Л0] + ЛГ + М[*(Л0]],

Общая структура механизма самоконтроля (рис. 1) позволяет оценить информационную надежность предложенных моделей. Пусть Аи - состояние механизма самоконтроля, характеризующееся отсутствием сбоев в циклически замкнутых вершинах графа и принимаемое за функционально исправное состояние, т. е. безотказное. Тогда функциональную надежность Р любого из рассмотренных механизмов самоконтроля можно определить как вероятность нахождения механизма в состоянии Аи или Р, = Р, (Ам), а их информационную надежность в момент г представить так:

1- £/>(*,,/)

где Р{Хвероятность появления входного сообщения навигационных данных Х1 в момент г.

Если учитывать, что ^1Р(Х],1) = \, то вероятность правильного выходного сообщения в момент г при самоконтроле процессов восприятия и обработки навигационных данных будет равна I, = Р,(АМ).Таким образом, для моделей механизмов самоконтроля как в процессе восприятия навигационной информации, так и при ее обработке судоводителем показатели информационной и функциональной надежности равны и могут быть сведены к единому показателю надежности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведенный навигационный анализ аварийных случаев, произошедших в стесненных водах показал, что большая их часть происходит по вине человека и связана с низким уровнем профессиональной подготовки судоводителей, а также с их психологической неустойчивостью к стрессовым ситуациям, возникающими при плавании в узостях.

2. Предложенная к использованию документальная норма НБ гарантирует безопасное плавание в стесненных водах без риска для судна, экипажа (пассажиров), груза и окружающей среды при экономически оптимальной эксплуатации этого судна.

3. Предложенная методика классификации процессов несения ходовой штурманской вахты дает возможность выделить классы "общих" и "частных" процессов, идущих на мостике судна, и позволяет решать задачи кон-

троля несистемной деятельности "человеческого элемента" из состава штурманской вахты.

4. Составленная индикаторная функция, позволяет оценивать текущее состояние каждого вахтенного помощника, входящего в состав ходовой штурманской навигационной вахты на мостике судна, а также определять величину его неадекватности.

5. Реструктуризации в системе штурманской вахты можно рассматривать как последовательность рекуррентных стационарных событий и характеризовать их вероятностью, выраженной через коэффициент готовности этой системы, полученный для мгновенных несистемных действий "человеческого элемента".

6. Составленные модели механизмов самоконтроля при восприятии и обработке навигационной информации, способны снизить количество индивидуальных несистемностей за счет уменьшения числа ошибок "человеческого элемента", входящего в состав штурманской вахты.

7. Результаты диссертационной работы использованы в Системе Управления Безопасной эксплуатацией судов компании ФГУП ПИНРО, а также при дополнительной подготовке, профессиональной переподготовке и повышении квалификации лиц судоводительского состава, осуществляемых в Мурманском филиале ГМА им. адм. С. О. Макарова.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рамков, И. А. Самоконтроль при обработке навигационной информации в структурах безопасного мореплавания / И. А. Рамков, В. И. Меньшиков // Науч. обозрение. - 2009. - № 5. - С. 14-16.

2. Рамков, И. А. Надежность механизма самоконтроля при восприятии и обработке навигационной информации в структуре безопасного мореплавания / И. А. Рамков, В. И. Меньшиков, К. В. Пеньковская // Науч. жизнь. - 2010. -№ 3. - С. 26-32.

3. Рамков, И. А. Самоконтроль при восприятии навигационной информации в структурах безопасного мореплавания / В. И. Меньшиков, И. А. Рамков, Р. Б. Рябченко // Эксплуатация морского транспорта. -2010.-№2(60).-С. 45-47.

4. Рамков, И. А. Математическая модель контроля элементов несистемной деятельности штурманской вахты при плавании судна в стеснен-

ных водах / И. А. Рамков, В. И. Меньшиков ; Мурман. гос. техн. ун-т. -Мурманск, 2009. - 22 с. - Библиогр.: 6 назв. - Деп. в ВИНИТИ 18.02.2010, № 93-В2010.

5. Рамков, И. А. Особенности безопасного плавания в ледовых каналах / А. Н. Анисимов, А. А. Сиротюк, А. А. Анисимов, И. А. Рамков // Наука и образование - 2009 : Материалы междунар. науч.-техн. конф. (1-9 апр. 2009 г.) [Электронный ресурс]. - Мурманск : МГТУ, 2009. -С. 916-917.

6. Рамков, И. А. Анализ аварийности морских судов РФ в период 2003-2007 гг. / И. А. Рамков, А. Н. Анисимов // Наука и образование -

2009 : Материалы междунар. науч.-техн. конф. (1-9 апр. 2009 г.) [Электронный ресурс]. - Мурманск: МГТУ, 2009. - С. 970-972.

7. Рамков, И. А. К вопросу о безопасной скорости в канале / Ю. И. Юдин, И. А. Рамков, А. Н. Анисимов, А. А. Анисимов // Наука и образование - 2010 : Материалы междунар. науч.-техн. конф. (5-9 апр.

2010 г.) [Электронный ресурс]. -Мурманск : МГТУ, 2010. - С. 1192-1193.

Издательство МГТУ. 183010, Мурманск, Спортивная, 13. Сдано в набор 10.10.2011. Подписано в печать 11.10.2011. Формат 60х84'/16 Бум. типографская. Усл. печ. л. 1,28. Уч.-изд. л. 1,00. Заказ 379. Тираж 100 экз.

Введение.

Глава. 1. Организация несения штурманской вахты при плавании судов в стесненных водах.

1.Г. Особенности плавания судна в стесненных водах.

1.2. Анализ аварийности морских судов при плавании в стесненных водах.

1.3. Описание процесса несения вахты штурманским коллективом в стесненных водах:.

Выводы к первой главе.

Глава. 2. Математическая модель контроля информированности судоводителя-в процессе несения ходовой навигационной вахты при плавании судна в стесненныхводах. .50;

2.1. Принципы выбора элементов несистемной деятельности персонала-ходовой штурманской вахты;.:.

2.2. Математическая модель непрерывного; контроля информированности штурманской;вахты при плавании судна в стесненных водах:.

2.3; Математическая модель дискретного; контроля информированности. штурманской вахты при плавании судна в стесненных водах.

Выводы ко второй главе:.

Глава: 3. Минимизация» локальных несистемностей при несении штурманской вахты при плавании в стесненных водах.;.

З А. Психофизическое состояние судоводителя ми плавании; судна, в условиях стесненных вод.

3.2. Оценка несистемной деятельности вахтенных помощников капитаном при плавании судна в стесненных водах.

3.3. Минимизация индивидуальных несистемностей замечет самоконтроля при плавании судна в стесненных водах при отсутствии стрессоров.

Выводы к третьей главе.

Количественный и качественный рост мирового флота, бесспорно, отражается на состоянии безопасной эксплуатации судов. Большая часть аварий в мировом судоходстве, так или иначе, связана с управлением состоянием безопасной эксплуатации судна, которое осуществляется судовой командой и береговым персоналом судоходной или рыболовной компании. Сегодня следует подходить к оценке деятельности судоводителя исходя из его персональной ответственности за происходящие события. Необходимо рассматривать роль человека в поддержании состояния безопасности судна с точки зрения? социо-технических систем и технологий управления в этих системах [61]. При таком подходе к проблеме безопасности судна можно рассматривать его как сложную инженерно-техническую систему, объединяющую в себе простейшие технические средства (приборы) и информационные-и экспертные системы. Вместе с социальной системой — судовым экипажем; организованным в систему расписаниями по несению вахты, инженерно-техническая^ система образует более сложную социотехническую систему управлениям безопасностью мореплавания [17].

Прогресс в области безопасной эксплуатации сложных технических и со-циотехнических систем достаточно заметен. Он способствует появлению исследований, в которых оценивается влияние технических систем на органы человека, и формирует направления проектирования технических устройств для человека-оператора и разработке элементов управленческого поведения- человека-оператора, повышающих надежность функционирования организационно-технической структуры и ее живучесть. Основные направления исследований связаны в первую очередь с повышением надежности функционирования организационно-технических структур и их живучести, особенно в аварийных ситуациях, сдерживаемым "человеческим фактором" или, в терминологии Международной морской организации (ИМО), - "человеческим элементом". Необходимость проведения таких исследований можно подтвердить, например, следующими статистическими данными, приводимыми World Casualty Statistics and Lloyd's Casualty Week Publication за период с 1994 по 2004 гг. Так, в результате аварий, произошедших только в стесненных водах по вине "человеческого элемента", погибли 6 693 человека, при этом было потеряно 2 225 средних и крупных судов. Приведенные статистические данные еще раз подчеркивают необходимость проведения исследований, направленных на повышение надежности функционирования организационно-технических структур и живучести в аварийных ситуациях [55].

Анализ деятельности судоводителя в организационно-технической структуре при следовании судна в стесненных водах показывает, что "человеческий фактор" является определяющим в процессе создания рисков для экипажа, судна, его груза и окружающей среды. Снижение аварийности предполагает в первую очередь.учет особенностей "человеческого элемента" и, в частности, таких психофизических его показателей, как усталость и информационная загрузка. Именно автоматизация судовождения, с одной стороны, освобождает судово- ! дителя от рутинных операций, а с другой — повышает его информационную загруженность. Поэтому решать общую задачу снижения информационной загрузки судоводителя,при плавании в стесненных водах следует путем передачи части функций по обработке информации и управлению состоянием безопасности мореплавания техническому средству, обладающему достаточно сложным тезаурусом (программным обеспечением) [6].

Оснащение судна информационными, информационно-вычислительными и экспертными системами, которые вместе с системой обзора образуют на рабочем месте судоводителя мультимедийное навигационное пространство, предполагает всестороннюю и специализированную подготовку морских специалистов. Такая подготовка в первую очередь должна учитывать то, что средства автоматизации отдаляют судоводителя от непосредственного контакта с объектом управления - судном. Более того, при подготовке судоводителей необходимо учитывать тенденции к снижению численности судовых экипажей, которые, в свою очередь, усиливают роль "человеческого элемента" в поддержании надежности функционирования организационно-технических структур и их живучести [33].

Актуальность. Согласно данным Международной морской организации (ИМО) аварийность судов мирового флота продолжает оставаться достаточно высокой и тенденций к ее снижению не наблюдается. Более половины аварийных случаев (АС) происходит при плавании судов в стесненных водах (реках, каналах, проливах и др.) или вблизи них. Основной причиной 80 % АС является "человеческий фактор". Прохождение стесненных вод относится к наиболее сложным видам плавания, а судовой специалист в современных морских структурах управления является самым ненадежным и непредсказуемым звеном. Каким будет его поведение в опасной ситуации, зависит от множества психофизических факторов.

Все АС, так или иначе, взаимосвязаны. Это прежде всего можно объяснить структурой управления судна, основой которой является штурманская вахта во главе с капитаном. Если учитывать весь диапазон деятельности судоводителя и его текущие психофизические свойства, то возникает необходимость в поиске -путей повышения эффективности управления состоянием безопасности мореплавания и разработке мер реагирования на технические отказы, организационные сбои и ошибки "человеческого элемента".

Основой производственного поведения "человеческого элемента" в организационных и организационно-технических системах управления судном является контроль и самоконтроль деятельности. Именно контроль и самоконтроль способны снизить вероятность появления ошибок в процессе восприятия и обработки навигационной информации. Поэтому задачу минимизации вероятности появления ошибок, далее квалифицируемых как несистемная деятельность персонала вахты, за счет использования контроля и самоконтроля следует считать актуальной.

Целью исследования является разработка моделей механизмов контроля и самоконтроля несистемной деятельности состава штурманской вахты, обеспечивающего поддержание заданного уровня безопасности мореплавания судна при прохождении стесненных вод.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе было необходимо решить следующие задачи: ; 6

1. Выполнить анализ аварийных случаев в стесненных водах, выделив основные нарушения правил несения ходовой штурманской вахты, и составить документальную норму, обеспечивающую безопасное плавание судна в особых обстоятельствах;

2. Математически описать процесс несения ходовой вахты штурманским коллективом при плавании судна в стесненных водах, рассматривая» вахту как систему, включающую два иерархических уровня: верхний'(капитан) и нижний (вахтенные помощники);:

3; Разработать методику классификации процессов несения ходовой штурманской вахты с использованием метода структурной минимизации; И' привлечением критерия^' минимального уклонения: среднего риска или суммарного-риска от эмпирических значений риска;

4; Составить индикаторную функцию, позволяющую идентифицировать несистемные действия вахтенных помощников капитана и? оценить: возможность поступления от них заведомо недостоверных докладов (индивидуальных несистемностей);

5. Оценить распределение времени? вынужденных реструктуризации; в системе штурманской вахты и определить возможное число; несистемных действий "человеческого элемента" за заданное время функционирования этой системы в рамках теорий восстановления и надежности;

6. Выполнить анализ: функционирования? и работоспособности: модели механизма самоконтроля, используемого в процессе восприятия и обработки судоводителем навигационной информации, поступающей; ему от мультимедийного пространства.

Объектом исследования является коллектив судовой штурманской вахты:, рассматриваемый как: система, обеспечивающая безопасность мореплавания в стесненных водах и отвечающая требованиям международных конвенций СО-ЛАС-74, МППСС-72, ПДНВ-74/95 и кодексов к ним, а также национальным» требованиям;

Предметом исследования являются механизмы, реализующие процессы контроля и самоконтроля в коллективе штурманской вахты и обеспечивающие диагностическую наблюдаемость деятельности "человеческого элемента" из состава штурманской вахты при плавании судна в стесненных водах.

Теоретической базой исследования является системный подход к обеспечению безопасности мореплавания судна в стесненных водах.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен оптимальный метод структурной идентификации процессов несения штурманской вахты с последующей их классификацией, который независимо от конкретного вида классифицирующей функции позволяет выделить классы "общих" и "частных" процессов, идущих на мостике судна;

2. Показано, что предложенная классификация процессов несения вахты позволяет установить факт появления несистемной деятельности "человеческого элемента" только тогда, когда из множества альтернатив, используемых капитаном при принятии решений, можно выделить наиболее предпочтительную альтернативу;

3. Показано, что реструктуризации в системе штурманской вахты можно рассматривать как последовательность рекуррентных стационарных событий и характеризовать их вероятностью, выраженной через коэффициент готовности этой системы, полученный для мгновенных несистемных действий "человеческого элемента";

4. Составлен показатель, позволяющий оценить персональное производственное поведение вахтенного помощника при несении им вахты в стесненных водах в зависимости от величины девиации параметров, характеризующих его психофизическое состояние;

5. Показано, что при составленной модели механизма самоконтроля как в процессе восприятия навигационной информации, так и при ее обработке судоводителем показатели информационной и функциональной надежности "человеческого элемента" могут быть сведены к единому показателю надежности.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке математического описания процессов контроля и самоконтроля деятельности "человеческого элемента" при несении штурманской вахты с учетом возможной его несистемной деятельности.

Практическая значимость работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций позволили снизить уровень навигационной аварийности на судах компании ФГУП ПИНРО за счет уменьшения числа ошибок "человеческого элемента", входящего в состав штурманской вахты.

Личное участие автора состоит в получении научных результатов, отраженных в опубликованных работах, и повышении безопасности плавания судна в стесненных водах.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечивается корректным использованием системного подхода, структурного анализа, дифференциального и интегрального исчисления, теории вероятностей и статистики, а также подтверждается результатами натурного эксперимента. Эксперимент основывался на проведении экспертного опроса судоводителей, работающих на научно-исследовательских судах.

Внедрение работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций использованы в Системе Управления Безопасной эксплуатацией судов компании ФГУП ПИНРО, а также при дополнительной подготовке, профессиональной переподготовке и повышении квалификации лиц судоводительского состава, осуществляемых в Мурманском филиале ГМА им. адм. С. О. Макарова.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на международных научно-технических конференциях МГТУ (Мурманск 2007—2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ, одна из которых опубликована в ведущем рецензируемом научном журнале из перечня ВАК, две статьи в научных журналах и изданиях, три статьи в материалах международных научно-технических конференций и одна статья депонирована.

Положения выносимые на защиту:

1. Документальная норма, обеспечивающая безопасное плавание судна в особых обстоятельствах;

2. Методика классификации процессов несения ходовой штурманской вахты при прохождении судном стеснённых вод;

3. Оценка несистемной деятельности вахтенных помощников капитаном при плавании судна в стесненных водах;

4. Минимизация индивидуальных несистемностей за счет самоконтроля при плавании судна в стесненных водах.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. В приложении приведены данные натурного эксперимента и акты внедрения, подтверждающие фактическое использование результатов исследования в производственном и учебном процессах.

3.4 ВЫВОДЫ К ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ

3.4.1 Проведенный анализ аварийности в мировом судоходстве показывает, что наибольшая часть аварийных случаев происходит по вине человека ("человеческий фактор") и связана с низким уровнем профессиональной подготовки судоводителей, а также с их психологической неустойчивостью к стрессовым ситуациям, возникающим, например, при плавании в стесненных водах.

3.4.2 Выработка у штурманского состава навыков контроля и самоконтроля в дополнение к теоретической и тренинговой подготовке способна оказать позитивное воздействие на функциональные возможности различных подсистем организма и психофизические особенности человека (вахтенного помощника капитана) в экстремальных ситуациях.

3.4.3 Дискретизация непрерывных поведенческих процессов, описывающих индивидуальную трудовую деятельность вахтенного помощника в стрессовых условиях, позволяет капитану судна прогнозировать поведенческие реакции своих подчиненных, оценивать достоверность навигационной информации и исключать решения приводящие к негативным последствиям.

3.4.4 Разработанная методика вычисления показателей, определяющих элементы рассеяния поведенческого, процесса в организационной системе, позволяет корректно с квалиметрической точки зрения выделить наличие стрессоров у вахтенных помощников капитана, зависящих от их индивидуальных психофизических параметров.

3.4.5 Предложенная методика комплексирования показателя поведенческого процесса позволяет объединить в единую величину такие характеристики поведения вахтенного помощника капитана, как рассеяние, смещение и доля событий, не соответствующих системным действиям, определенным нормой НБ, которая соответствует представлению о "хорошей морской практике".

3.4.6 Составлено математическое условие в виде неравенства, выполнение которого может обеспечивать безошибочное восприятие сообщений, поступающих от мультимедийного пространства ходового мостика судна при выполнении приемов самоконтроля и определить величину затрат ресурсов, требующихся для использования этого приема.

113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведенный навигационный анализ аварийных случаев, произошедших в стесненных водах показал, что большая их часть происходит по вине человека и связана с низким уровнем профессиональной подготовки судоводителей, а также с их психологической неустойчивостью к стрессовым ситуациям, возникающими при плавании в узкостях.

2. Предложенная к использованию документальная норма НБ гарантирует безопасное плавание в стесненных водах без риска для судна, экипажа (пассажиров), груза и окружающей среды при экономически оптимальной эксплуатации этого судна.

3. Предложенная методика классификации процессов несения ходовой штурманской вахты дает возможность выделить классы "общих" и "частных" процессов, идущих на мостике судна, и позволяет решать задачи контроля несистемной деятельности "человеческого элемента" из состава штурманской вахты.

4. Составленная индикаторная функция, позволяет оценивать текущее состояние каждого вахтенного помощника, входящего в состав ходовой штурманской навигационной вахты на мостике судна, а также определять величину его неадекватности.

5. Реструктуризации в системе штурманской вахты можно рассматривать как последовательность рекуррентных стационарных событий и характеризовать их вероятностью, выраженной через коэффициент готовности этой системы, полученный для мгновенных несистемных действий «человеческого элемента».

6. Составленные модели механизмов самоконтроля при восприятии и обработке навигационной информации, способны минимизировать индивидуальные несистемности за счёт уменьшения числа ошибок "человеческого элемента", входящего в состав штурманской вахты.

7. Результаты диссертационной работы использованы в Системе Управления Безопасной эксплуатацией судов компании ФГУП ПИНРО, а также при дополнительной подготовке, профессиональной переподготовке и повышении квалификации лиц судоводительского состава, осуществляемых в Мурманском филиале ГМА им. адм. С. О. Макарова.

115

1. Айзерман, М. А. Некоторые аспекты общей теории выбора лучших вариантов / М. А. Айзерман, А. В. Малишевский // Автоматика и телемеханика: — 1981.-№ 2.-С. 65-83.

2. Аркин, В. И. О нахождении оптимальных управлений / В. И. Аркин, В. А. Колеманов, А. Н. Ширяев // Тр: МИАН им. В: А. Стеклова. Т. 71.1964.-С. 21-25.

3. Байхельт, Ф. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход / Ф. Байхельт, П. Франкен. М. : Радио и связь, 1988. — 219 с.

4. Барзилович, Е. Ю. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем / Е. Ю. Барзилович, В. А. Каштанов. — М. : Gob. радио, 1971. 394 с.

5. Вагнер, В. В. Теория отношений и алгебра частичных отображений / В. В. Вагнер // Теория полугрупп и ее приложения / Саратов, гос. ун-т. Саратов,1965.-Вып. 1.-С. 3-178.

6. Вагущенко, Л. Л. Обработка-навигационных данных на ЭВМ / Л. Л. Ва-гущенко. -М. : Транспорт, 1985. 144 с.

7. Вагущенко, Л. Л. Описание отклонения судна от траектории в результате действия ненаблюдаемых при счислении факторов / Л. Л. Вагущенко, Д. Н. Коваленко // Кибернетика и вычислительная техника : сб.* науч. тр. — Киев, 1979. Вып. 46. - С. 66-69.

8. Вагущенко, Л. Л. Теоретический метод оценки траекторных характеристик / Л. Л. Вагущенко, Д.Н: Коваленко, Ю. Н. Козаченко; Одес. высш. инж. мор. уч-ще. Одесса, 1990: — 9 с. — Рус. — Деп. в В/О "Мортехинформреклама", № 1092-мф.

9. Вагущенко, Л. Л. Точность и надежность квазиоднородных процессов движения по маршруту : автореф. дис. . д-ра техн. наук / Л. Л. Вагущенко.-Одесса, 1990.-39 с.

10. Венцель, Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Венцель. М. : Наука, 1969.-576 с.

11. Веселова, Г. П. Стохастическое квантование и статистический анализ случайных процессов / Г. П. Веселова, Ю. И. Грибанов. М. : Энергоатомиздат, 1991.- 152 с.

12. Виленкин, С. Я. Статистическая обработка результатов исследования случайных функций / С. Я. Виленкин. М. : Энергия, 1979. — 320 с.

13. Воронов, А. А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость / А А Воронов. — М. : Наука, 1979. 336 с.

14. Гафт, М. Г. Принятие решений при многих критериях / М. Г. Гафт. -М. : Знание, 1979.-347 с.

15. Герасимов, А. С. Применение информационного подхода к решению задач оценки и повышения надежности навигационной информации : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.22.19 / А. С. Герасимов; Одес. высш. инж. мор. -Одесса, 1987.-23 с.

16. Гладышевский, М. А. Учет состояния способности к оптимизации связей в системах обеспечения безопасности мореплавания : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.22.19 / М. А. Гладышевский. — Мурманск, 2007. 21с.

17. Гнеденко, Б. В. Математические методы в теории надежности / Б. В. Гнеденко, Ю. К. Беляев, А. Д. Соловьев. М. : Наука, 1965. - 496 с.

18. Дынкин, Е. Б. Теоремы и задачи о процессах Маркова / Е. Б. Дынкин, А. А. Юшкевич. М. : Наука, 1967. - 36 с.

19. Ершов, А. А. Теоретические основы и методы решения приоритетных проблем безопасности мореплавания : автореф. дис. . д-ра техн. наук : 05.22.19 / А. А. Ершов. СПб., 2000. - 44 с.

20. Жданюк, Б. Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений / Б. Ф. Жданюк. М. : Сов. радио. 1978. - 384 с.

21. Железнов, И. Г. Сложные технические системы: оценка характеристик / И. Г. Железнов. М. : Высш. шк., 1984. - 119 с.

22. Жовинский, А. Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов / А. Н. Жовинский, В. Н. Жовинский. М. : Энергия, 1979. - 112 с.

23. Инструкция по навигационному оборудованию (ИНО—76). — JI. : ГУНиО, 1977.-285 с.

24. Кокс, Д. Теория восстановления / Д. Кокс, В. Смит. — М. : Сов. радио, 1967.-451 с.

25. Кондрашихин, В. Т. Теория ошибок и ее применение к задачам судовождения / В. Т. Кондрашихин. М. : Транспорт, 1979. — 112 с.

26. Королюк, В. С. Процессы марковского восстановления в задачах надежности систем / В. С. Королюк, А. Ф. Турбин. Киев : Наук, думка, 1982. -275 с.

27. Куликов, Е. И. Методы измерения* случайных процессов / Е. И! Куликов. Mi : Радио и связь, 1986. - 272 с.

28. Луконин, В. П. Методы математической статистики в кораблевождении (навигации) / В. П. Луконин. Л. : BMA, 1987. - 285 с.

29. Лушников, Е. М. Теоретическое обоснование методов и средств обеспечения навигационной безопасности мореплавания : автореф. дис. . д-ра техн. наук : 05.22.16 / Е. М. Лушников. СПб., 2000. - 46 с.

30. Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул / Е. Н. Львовский. М. : Высш. шк., 1987. - 285 с.

31. Маркин, Н. С. Основы теории обработки результатов измерений / Н. С. Маркин. -М. : Изд-во стандартов, 1991. 176 с.

32. Меньшиков, В; И. Измерение неопределенности в текущем обсервационном месте судна / В. И. Меньшиков, Ф: Р. Брандт // Вестн. МЕТУ : труды Мурман: гос. техн. ун-та. 2003. - Т. 6, № 1. - С! 25-28:

33. Меньшиков, В. И. Классификация факторов, сопутствующих ошибкам в деятельности морских специалистов / В И. Меньшиков, 13. А. Чкония // Вестн:. МГТУ : труды Мурман.гос. техн. ун-та. 2003: - Т. 6, № 1. - С. 75-80.

34. Меньшиков; В. И. Метрологическая надежность навигации с учетом неполноты информации : автореф. дис. . д-ра техн. наук : 05.22.19 / В. И: Меньшиков. СПб., 1995. -40 с.

35. Меньшиков, В. И: Минимизация навигационных рисков в эргатической системе "Интегральная система мостик, — судоводитель" / В. И. Меньшиков, В. А. Чкония // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 2002. -Т. 5, №2. С. 183-186.

36. Меньшиков, В. И. Модель и механизм функционирования системы управления безопасной эксплуатацией судов / В. И. Меньшиков, Ф. Д. Кукуй

37. Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 2002. - Т. 5, № 2. -С. 171-176.

38. Меньшиков, В. И. Модель расчета опасности навала при швартовной операции / В. И. Меньшиков, Ю. И. Юдин, А. Ю. Юдин // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 2003. - Т. 6, № 1. - С. 65-66.

39. Меньшиков, В'. И. Неопределенность в текущем месте судна / В. И. Меньшиков. Мурманск, 1994. - 130 с. - (Ком. Рос. Федерации по рыболовству. МГАРФ).'

40. Меньшиков, В. И. Оптимизация ресурса в системах управления безопасной эксплуатацией судов / В. И. Меньшиков, К. В. Меньшикова, М. А. Пасечников // Вестн: МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 2002. — Т. 5, № 2. — С. 177-182.

41. Меньшиков, В. И. Особенности планирования и реализации безопасного и оптимального навигационного процесса / В. И. Меньшиков, Ф. Д. Кукуй // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 2003. - Т. 6, №~1. - С. 61-64.

42. Меньшиков, В. И. Особенности социального управления1 в системах менеджмента безопасностью / В. И. Меньшиков, А. Н. Анисимов // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 2003. - Т. 6, № 1. - С. 9-16.

43. Меньшиков, В. И. Оценка достоверности представления базы данных судовому специалисту в интегрированной системе ходового мостика / В. И. Меньшиков, В. А. Чкония // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 2003. - Т. 6, № 1. - С. 81-86.

44. Меньшиков, В. И. Практическое использование метода ситуационного управления в системах менеджмента безопасной эксплуатацией / В. И. Меньшиков, К. В. Меньшикова // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. — 2004. Т. 7, № 3. - С. 370- 74.

45. Меньшиков В. И. Самоконтроль при восприятии навигационной информации в структурах безопасного мореплавания /В. И. Меньшиков, И1 А. Рам-ков, Р. Б. Рябченко // Эксплуатация морского транспорта. 2010. - № 2 (60). -С. 45-47.

46. Меньшиков, В. И. Система управления с позиции целенаправленного действия / В. И. Меньшиков, А. Н. Анисимов, Д. М. Фургаса // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. — 2000. Т. 3, № 1. — С. 7 — 12.

47. Меньшиков, В. И. Судовая ключевая операция связанная пара "признак - состояние" / В. И. Меньшиков, А. Н. Анисимов // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. - 2003. - Т. 6, №4. — С. 3-8.

48. Меньшиков, В. И. Управление системой безопасности морского судоходства / В. И. Меньшиков, В. М. Глущенко // Вестн. МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. 1998. - Т. 1, № 1. - С. 13 - 16.

49. Меньшиков, В. И. Элементы теории управления безопасностью * судоходства / В. И. Меньшиков, В. М. Глущенко, А. Н. Анисимов. Мурманск : Изд-во МГТУ, 2000. - 242 с.

50. Олыпамский, С. Б. Организация безопасности плавания судов / С. Б. Олыдамский, Д. К. Землянов, И. А Щепетов. —М.: Транспорт, 1979. —213 с.

51. Пеньковская К. В. Живучесть структур безопасности мореплавания с учетом человеческого фактора: автореф. дис. . канд. техн. наую : 05.22.19 / К. В. Пеньковская; Федер. агентство по рыболовству, Мурман. гос. тех. ун-т. -Мурманск, 2007. 22 с.

52. Рамков, И. А. Надежность механизма самоконтроля при восприятии и обработке навигационной информации в структуре безопасного мореплавания / И. А. Рамков, В. И. Меньшиков, К.В. Пеньковская // Науч. жизнь. — 2010. -№ 3. — С. 26-32.

53. Рекомендации по организации штурманской службы на судах Мин-морфлота СССР (РШС-89). М. : Мортехинформреклама, 1990. - 64 с.

54. Розанов, Ю. А. Введение в теорию случайных процессов / Ю. А. Розанов. М. : Наука, 1982. - 128 с.

55. Сборник резолюций Международной морской организации по вопросам судовождения. М. : Мортехинформреклама, 1989. - 68 с.

56. Скворцов, М. И. Систематические погрешности в судовождении / М. И. Скворцов. М. : Транспорт, 1980. - 168 с.

57. Смирнов, В. П. Теория вероятностей' и математическая статистика в приложении к геодезии / В. П. Смирнов, Д. А. Белугин. М. : Недра, 1969. — 324 с.

58. Суппес, П. Основы теории измерений. Психологические измерения / П. Суппес, Дж. Зинес. М., 1967. - С. 9-110.

59. Титенко, И. М. Надежность периодически контролируемой системы с профилактическим обслуживанием- / И. М. Титенко // Изв. АН СССР. Сер. Техн. кибернетика. 1981. - № 2. - С. 140-146.

60. Титенко, И. М. Надежность системы статической, готовности к действию / И. М. Титенко // Основные вопросы теории и практики,надежности. — М., 1980.-С. 258-270.

61. Титенко, И. М. Синтез методов повышения надежности контролируемых резервированных систем с быстрым восстановлением / И. М. Титенко // Кибернетика. 1985. - № 3. - С. 77-81.

62. Тихонов, В. И. Марковские процессы / В. И. Тихонов, М. А. Миронов. М.: Сов радио, 1977. - 488 с.

63. Феллер, В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. В 2 т. Т 1 / В. Феллер. М. : Мир, 1964. - 571 с.

64. Финкелыитейн, М. С. Надежность и эффективность технических систем с неполным восстановлением / М. С. Финкельштейн // Надежность и контроль качества. 1988. - № 9. - С. 22-27.

65. Шутов, В. В. Влияние индивидуальных качеств судоводителя на безопасность мореплавания в промыслово-навигационных структурах / В. В.Шутов, В. И. Меньшиков // Рыб. хоз-во. 2010. - № 2. - С. 72-73.

66. Юдович, А. Б. Предотвращение навигационных аварий морских судов / А. Б. Юдович. М. : Транспорт, 1988. - 223 с.

67. Ющенко, А. П. Метод наименьших квадратов / А. П. Ющенко. Л. : Мор. транспорт, 1956. - 287 с.