автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение безотказности и безаварийности СЭУ посредством обеспечения надёжности её эргатического элемента

На правах рукописи

Глазюк Дмитрий Константинович

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ И БЕЗАВАРИЙНОСТИ СЭУ ПОСРЕДСТВОМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ ЕЁ ЭРГАТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Специальность: 05.08.05 — Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 НАР 2014

Владивосток 2014

005545808

005545808

Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом рыбохо-зяйственном университете.

Научный руководитель: Соболенко Анатолий Николаевич,

профессор, доктор технических наук

Официальные оппоненты: Якубовский Юрий Владимирович,

профессор, доктор технических наук, профессор кафедры «Экономика и организация производства» Дальневосточного федерального университета

Коньков Алексей Юрьевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Локомотивы» Дальневосточного государственного университета путей сообщения

Ведущая организация: ФБОУ ВПО «Морской государственный

университет имени адм. Г.И. Невельского», г. Владивосток

Защита состоится «2^» апреля 2014 года в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.056.17 при ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет» по адресу:

690922, г. Владивосток, о. Русский, б. Аякс-10, корп. 24, 10 этаж, зал заседаний диссертационных советов.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ДВФУ по адресу: 690600, г. Владивосток, ул. Алеутская, 65 б.

Автореферат диссертации разослан «25» февраля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Ю. Фершалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Проблемы обеспечения безопасной эксплуатации СЭУ обозначены в требованиях IMO (International Marine Organization) как неотъемлемая часть требований международного кодекса STSW 75/78 (Standarts of Trainings Certification and Watch keeping). Наибольшую опасность представляют отказы, происходящие в период технического использования дизеля, поскольку могут привести к аварийным случаям и в конечном итоге к аварийному происшествию.

Проводимые в этой связи исследования главным образом касаются эксплуатационных факторов (нарушения установленных правил и условий эксплуатации), наличие которых приводит к отказам.

Можно предположить, что аварийность не уменьшается от того, что недостаточно квалифицированно анализируют происходящие морские происшествия, упуская главные их причины.

Анализ морских аварий и инцидентов побудил международное морское сообщество и различные службы безопасности перейти от подхода, ориентированного на технические требования к конструкции и оборудованию судов, к такому подходу, при котором признается и более полно учитывается влияние человеческого фактора (ЧФ) на безопасность на море в рамках всей морской отрасли. Исследования показали, что с учётом участия людей во всех аспектах морской деятельности, включая проектирование, производство, управление, эксплуатацию и техническое обслуживание, почти все морские аварии и инциденты связаны с человеческим фактором. В соответствии с содержанием «руководящих документов» основная причина аварий найдена — это человеческий фактор. Вследствие этого, в 1999 г. появляется Резолюция ИМО А. 884(21) «Руководство по расследованию человеческого фактора в морских авариях и инцидентах».

В поисках путей решения проблемы влияния человеческого фактора на морские аварии и инциденты морское сообщество придает особое значение надлежащей подготовке и дипломированию экипажей судов. Однако все более очевидным становится тот факт, что подготовка кадров является только одним из аспектов человеческого фактора.

Имеется множество работ отечественных авторов, посвящённых повышению надёжности главных двигателей (ГД) и их элементов на стадиях проектирования, определению показателей надёжности на стадии эксплуатации (Григорьев А.И., Ефремов JT.B., Карпов JI.H., Крылов Е.И., Решетов Д.Н., Збигнев Матушак). Но значительно меньшее количество работ направлено на изучение надёжности объекта труда, где в совместном влиянии рассматривается и субъект труда. Это работы советских ученых, таких, как: А.И. Губинский, Г.В. Дружинин, И.В. Кузьмин, Г.В. Сухо дольский.

Работы в области эргатических систем с изучением влияния ЧФ ведутся в различных научных направлениях на базе эргономики и кибернетики, но по большому счёту носят описательный характер. В последнее время, всё чаще появляются работы, посвящённые эргатическим системам и роли человека-

оператора в них. Эти работы касаются военной, авиационной промышленности и космонавтики, отдельных отраслей технической индустрии. Это говорит о заинтересованности в данном направлении исследований и его востребованности.

Обзор и анализ литературных источников, посвященных изучению ЧФ на флоте, а также современной литературы, показывают, что этому вопросу уделено мало внимания. Человеческий фактор, а именно надёжность работы человека-оператора (Ч-О) в авариях судовых энергетических установок (СЭУ) изучена слабо.

Анализ человеческих ошибок и оценка надёжности судового механика поможет выявить первопричины возникновения его негативных действий либо бездействия при эксплуатации СЭУ и, возможно, предупредить нежелательные последствия. Таким образом, включение данного аспекта в определение вероятности безотказной работы СЭУ является новым и весьма актуальным направлением исследования. Практически отсутствуют работы по проблеме обеспечения безаварийности СЭУ за счёт повышения надёжности работы операторов СЭУ. Отсутствуют какие-либо методики, выявляющие готовность специалистов к предупреждению и характерному развитию аварийной ситуации в СЭУ, нет разработанных научно-обоснованных программ подготовки специалистов к действиям в аварийных ситуациях.

В этой связи изучение взаимного влияния технического объекта и эргати-ческого элемента с целью повышения качества эксплуатации и безотказного функционирования СЭУ наряду с нахождением путей снижения аварийности СЭУ являются на сегодняшний день актуальными проблемами.

Цель и задачи работы

Повышение безотказности и безаварийности функционирования СЭУ во взаимодействии с человеком-оператором.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- произведён анализ характерных отказов и аварий вследствие нарушений правил технической эксплуатации судовой энергетической установки;

- определена методика изучения надёжности работы оператора СЭУ;

- описана возможность прогнозирования вероятности безотказной работы эргатехнической системы (ЭТС) СЭУ.

- определена функциональная зависимость вероятности безотказной работы ЭТС СЭУ от надёжности функционирования оператора СЭУ.

- выявлены узлы и механизмы комплекса СЭУ, представляющие затруднения в диагностировании и анализе их состояния операторами СЭУ различных этапов профессиональной реализации;

- разработана методика подготовки судовых механиков для готовности к правильным действиям в штатных и аварийных ситуациях СЭУ посредством тренажёрного комплекса СЭУ.

Методология и методы исследования

Положения и принципы системного подхода, описываемые в контексте субъект-объектных отношений. Работа основана на анализе литературы, теоретическом исследовании и обучающем эксперименте, проведённом на трена-

жёрном комплексе Transas ERS 4000 с практическим применением элементов психодиагностики. По результатам экспериментального исследования применялись методы математической обработки данных с элементами теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы

Представлены количественная оценка и качественное описание функционирования системы «надежность оператора - безотказность СЭУ».

Получена функция вероятности безотказной работы эргатехнической системы СЭУ с учётом влияния надёжности человека-оператора.

Выявлены значимые психологические аспекты оператора СЭУ как субъекта труда, оказывающие влияние на надёжность сложной технической системы СЭУ.

Обозначена взаимосвязь между профессионально важными качествами (ПВК) оператора СЭУ и вероятностью безотказного функционирования ЭТС СЭУ.

Разработана методика подготовки судовых механиков для готовности к правильным действиям в штатных и аварийных ситуациях СЭУ посредством тренажёрного комплекса СЭУ.

Теоретическая и практическая значимость:

- результаты эксперимента расширяют представления о надёжности оператора СЭУ: аспекты личности субъекта труда, влияющие на безотказность функционирования комплекса СЭУ, что открывает перспективы к снижению АС на флоте;

- предоставлена возможность количественной оценки вероятности безотказного функционирования СЭУ при участии её оператора;

- создана информационная база данных прохождения тренажерной подготовки операторами СЭУ с последующим определением надёжности самого оператора и вероятности безотказной работы эксплуатируемого им комплекса СЭУ;

- разработана методика тренажёрной подготовки для готовности судового механика к адекватным действиям в штатных и аварийных ситуациях.

Положения, выносимые на защиту:

- необходимо рассматривать комплекс «безотказность СЭУ — надёжность оператора СЭУ» как эргатехническую систему для изучения безотказного функционирования судовой энергетической установки;

- теоретической основой изучения оператора СЭУ являются субъект-объектные отношения в эргатехнической системе;

- элементами в функции расчёта вероятности безотказного функционирования СЭУ в контексте субъект-объектных отношений, являются: вероятность безошибочной работы оператора СЭУ, вероятность устранения неисправности/отказа, вероятность возникновения устраняемого отказа/неисправности, вероятность возникновения неустраняемого отказа;

- при эксплуатации СЭУ наиболее проблемными узлами и механизмами для механиков разных квалификационных групп являются турбокомпрессор (ТК), де-

тали цилиндропоршневой группы (ЦПГ), детали остова, система охлаждения забортной водой, система топливоподготовки и подачи топлива;

- методика подготовки судовых механиков для готовности к правильным действиям в штатных и аварийных ситуациях СЭУ посредством тренажёрного комплекса СЭУ.

Объект исследования: безотказность функционирования эргатехнической системы СЭУ.

Предмет исследования: эргономические характеристики системы «человек-техника» в СЭУ.

Достоверность результатов подтверждена: использованием основных законов и положений теории вероятностей и математической статистики; удовлетворительным согласованием экспериментальных результатов с теоретическими исследованиями; применением апробированных методик экспериментального исследования.

Личный вклад автора. Все представленные результаты в диссертации получены лично автором. Автором работы была разработана методика экспериментальных исследований, спланирован и проведён эксперимент на тренажёрном комплексе Transas ERS 4000 с привлечением респондентов (механики различной квалификации и курсанты). Так же автором разработана методика подготовки судовых механиков для готовности к правильным действиям в штатных и аварийных ситуациях СЭУ посредством тренажёрного комплекса СЭУ.

Апробация работы. Материалы исследований представлялись на Региональной научно-методической конференции «Состояние и тенденции развития уровневого высшего профессионального образования в России» (г. Владивосток, Дальрыбвтуз, 2011 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (г. Владивосток, Дальрыбвтуз, 2011 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития судоходства в Дальневосточном регионе» (г. Владивосток, Дальрыбвтуз, 2011 г.); 2-й международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (г. Владивосток, Дальрыбвтуз, 2012 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития судоходства и транспорта в Азиатско-Тихоокеанском регионе» (г. Владивосток, Дальрыбвтуз, 2013 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы создания и эксплуатации тепловых двигателей в условиях Дальневосточного региона России» (г. Хабаровск, ТГУ, 2013 г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (г. Владивосток, МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2013 г.); научно-техническом семинаре кафедры «Эксплуатация автоматизированных судовых энергетических установок» МГУ им. адм. Г.И. Невельского (г. Владивосток, 2013 г.); научно-техническом семинаре кафедры «Судовой энергетики и автоматики» ДВФУ (г. Владивосток, 2013 г.).

Результаты исследования внедрены в учебный процесс по направлению подготовки 180405.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок» в Дальневосточном государственном техническом рыбохозяйственном университете (г. Владивосток), Тихоокеанском командном морском училище (г. Владивосток) и Дальневосточном институте коммуникаций (г. Владивосток) в 2013 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, включая 3 статьи в рецензируемых российских научных журналах, входящих в список ВАК, 10 статей в сборниках трудов российских и международных конференций и научных трудов высших учебных заведений.

Объём и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка условных обозначений, списка литературы из 138 наименований, приложения. Общий объём диссертации составляет 195 страниц, включая 31 рисунок, 17 таблиц, 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, показано, что на основе анализа надежности сложного объекта без учёта его взаимодействия с субъектом (человек-оператор) нельзя достоверно прогнозировать безопасность эксплуатации, разрабатывать мероприятия по повышению долговечности и безотказности систем СЭУ. Показана значимая роль оператора СЭУ как субъекта труда. Рассмотрена тенденция повышения безопасности и надёжности в эксплуатации судов со стороны мировых сообществ. Надежная работа комплекса СЭУ неразрывно связанна с профессиональной деятельностью оператора СЭУ в подходах «человек-техника, человек-машина», что подтверждается заинтересованностью таких научных и прикладных направлений в составе эргономики, как инженерная психология, психология и физиология труда. В рамках этого научного направления также представлена проблема безотказной и безаварийной работы СЭУ.

В первой главе произведён обзор литературы, свидетельствующий о малом распространении практически значимых решений в области повышения надёжности комплекса СЭУ посредством совместного учёта характеристик Ч-О СЭУ и элементов СЭУ.

По материалам обзора и анализа аварийности на море в эксплуатации судов флота РФ, в частности их СЭУ, выявлена степень влияния действий Ч-О на формирование данной проблемы. Аварийность российского флота за 15 лет, незначительно снижаясь и возрастая, колеблется из года в год, оставаясь неприемлемо высокой.

Причины аварийных случаев с судами РФ по вине нарушения правил технической эксплуатации (ПТЭ) и попадающие в разряд технического вида аварийности актуальны на сегодняшний день. Остаётся огромным влияние человеческого фактора в деятельности оператора. По данным сторонних организаций, порядка 70-80 % аварийных случаев на море приходится на долю ЧФ.

Произведённый анализ современных тренажёров и возможности применения тренажёрных комплексов на базе ЭВМ позволил определить их значимость в подготовке операторов различных отраслей, в частности, операторов СЭУ. Выявлена необходимость в надлежащей тренажёрной подготовке операторов СЭУ.

Таким образом, сформулированы задачи прогнозирования безотказности СЭУ в сочетании с надёжностью оператора (судового механика), подготовки высококвалифицированных специалистов по эксплуатации СЭУ, с использованием тренажёрных комплексов СЭУ, а также разработки (с последующим применением) эффективной программы обучения операторов СЭУ (на тренажёрном комплексе) правильным действиям в штатных и аварийных ситуациях с целью снижения аварийности на флоте.

Аналогия в расчётах надёжности сложных технических систем и эргатех-нических систем (ЭТС) определяет направление в построении работы данной диссертации. В развитии этой работы фигурируют элементы, заимствованные из эргатики, т.е. определения некоторых задач данной работы будут базироваться на достижениях в эргономике. Это позволит в необходимом объёме отразить влияние человеческого фактора на надёжность сложной технической системы СЭУ как ЭТС.

Структура исследуемого объекта СЭУ сложная, содержащая составные элементы, подсистемы и её необходимо преобразовать к виду, более удобному для расчётов. В работах проф. Соболенко А.Н., расчёт вероятности безотказной работы ГД проводится по формуле полной вероятности событий:

К общ = [^пер(0 ' ^?пер + ^пр(0 ' /?пр] ' Лчф, (1)

где Я0бщ - полная вероятность безотказной работы ГД; ЛПер(0'^пср - вероятность безотказной работы ГД на переходах; /?Пр(0-Япр - вероятность безотказной работы ГД на промысле; Яч ф - вероятность безотказной работы по причине человеческого фактора.

Проф. Соболенко А.Н., разделяя сложную ЭТС структуры СЭУ, преобразует её к значимым, по его мнению, элементам, необходимым для более точного определения вероятности безотказной работы ГД.

С использованием этой идеи в целях диссертационной работы безотказность эргатехнической системы СЭУ выражается через показатели вероятности безотказной и безошибочной работы ЭТС СЭУ как совместное наступление всех этих событий, утверждая следующее:

Лоте ('о, 0 = «т (к, 0 ' Яэ (О, (2)

где 7?этс (А)) 0 - вероятность безотказной работы эргатехнической системы СЭУ; йт (/0, 0 - вероятность безотказной работы технической системы в течение времени (г0, /о + г); ^э (0 - надёжность эргатического элемента (с возможностью совершения ошибок и неустранения неисправности/отказа); - общее время эксплуатации технической системы; г - рассматриваемый период работы.

Полной количественной характеристикой ошибок действий эргатического элемента является закон распределения их числа. В нашем случае этот закон с

достаточной для практических целей точностью представляется в виде распределения Пуассона

Рас = = /с) = для О<С<°°, (3)

где Р/с — вероятность возникновения ошибки; к - интенсивность ошибок; / -время выполнения функции; к — число ошибок.

Далее сформулирована идея представляемой работы. Она касается проблем обеспечения безопасной и безотказной эксплуатации СЭУ при учёте влияния надёжности работы операторов СЭУ, повышения вероятности безотказной работы СЭУ, определения роли личностного фактора (психологические аспекты личности) субъекта как источника вероятностных причин возникновения ошибочных действий и, как следствие, аварийной ситуации СЭУ (АСс), переходящей в аварийное происшествие, качественного и количественного определения надёжности работы человека-оператора в сложной технической системе СЭУ.

Во второй главе рассмотрены общие теоретические основы изучения операторского труда. Для возможности отражения влияния человеческого фактора на состояние и безотказность ЭТС СЭУ, а также определения надёжности Ч-О взята за основу идея методики системного подхода и одна из его концепций -антропоцентричность. Человек рассматривается как субъект труда, как центральное звено системы человек-техника (СЧТ) в контексте антропоцентрического подхода. Орудием труда определяется некая система инструментов, при помощи которой человек-оператор может задавать исполняемые функции к действиям и имеет возможность вести контроль за состоянием выполнения этих функций, а предметом труда является система СЭУ.

Принят ряд положений:

1. Значимым в достижении максимальной надежности СЭУ является качество эргономичности всей системы, т.е. соответствие требованиям человеческого фактора всей совокупности структурно-динамических свойств и качеств компонентов системы в их взаимосвязи и взаимодействии.

2. Надёжность работы систем управления техническими средствами (в частности СЭУ) в значительной степени определяется надежностью человека-оператора, и чем сложнее система, тем эта зависимость более выражена.

3. За основу в исследованиях взаимодействия элементов системы человек-техника представляется обоснованным связать профессиональную и функциональную надёжность субъекта труда (человека-оператора СЭУ) и показатели надёжности СЭУ, в роли которых будут выступать характер ошибок операторов, их вероятность возникновения и вероятность безотказной работы ЭТС СЭУ.

4. Инженер-судомеханик по эксплуатации СЭУ рассматривается как оператор сложной технической системы СЭУ, представленной в виде эргатехниче-ской системы СЭУ в составе макросистемы «судно».

Рассмотрение составляющих надёжности Ч-О применительно к обязанностям вахтенного механика по эксплуатации СЭУ позволило нам определиться с выбором наиболее важных функций организма человека, оказывающих влияние

на качество и безошибочность выполнения должностных обязанностей на разных этапах профессионализации.

Ввиду разнообразия мнений о влияющих факторах на операторскую деятельность в различных отраслевых сферах поставлена задача по выявлению этих факторов, характера влияния их на операторов СЭУ, насколько значимыми могут быть эти параметры.

Третья глава содержит следующий материал и результаты работы.

Был произведён поиск методик психодиагностики с выбором необходимого пакета, отвечающего требованиям валидности и достоверности, применяемым в анализе психологических аспектов личности. Полученные результаты на основании выбранных методик в дальнейшем необходимы для выявления влияния надёжности Ч-О на безотказность эргатехнической системы СЭУ.

Подробно рассмотрены структура и характеристики тренажёрного комплекса ERS 4000, с применением которого проводились исследования. Выполненный анализ тренажёрного комплекса ERS 4000 демонстрирует высокую точность моделируемых процессов комплекса СЭУ и соответствие необходимым требованиям и рекомендациям Конвенции ПДМНВ'95 и требованиям модельных курсов. Объективно доказана возможность применения тренажёрного комплекса ERS 4000 в исследованиях, отвечающих цели диссертационной работы.

Спланированы этапы исследования для разных уровней квалификации респондентов в проведении эксперимента. Сформированы 4 группы по групповым признакам (квалификация, опыт работы, возраст) с соответствующей каждой из групп программой подготовки.

Исходя из опыта эксплуатации, правомерно были выделены характерные узлы и системы СЭУ, уязвимые со стороны действий оператора, чаще всего приводящих к эксплуатационным отказам. Характерные узлы/детали/механизмы комплекса СЭУ использовались в исследовании на безотказность ЭТС СЭУ с участием оператора СЭУ.

На основании сформулированных этапов исследования, анализа тренажёрного комплекса и отобранного пакета методик психодиагностики проведено экспериментальное исследование на тренажёрном комплексе Transas ERS 4000 с привлечением судовых механиков различных уровней профессионализации.

Четвёртая глава посвящена анализу результатов экспериментальных исследований в области безотказности комплекса СЭУ и надёжности операторов СЭУ на тренажёрном комплексе ERS 4000, разработке методики по подготовке операторов СЭУ к верным действиям в штатных и аварийных ситуациях СЭУ.

Были исследованы факторы, оказывающие влияние на безотказность комплекса СЭУ (произвольное внимание, возраст, опыт работы, квалификация, мотивация, тревожность, вероятность совершения ошибки оператором СЭУ, вероятность обнаружения неисправности/отказа, вероятность диагностирования/ устранения неисправности/отказа) и доказана их роль в формировании надёжности оператора СЭУ.

Посредством корреляционного анализа получена цепь прямых и опосредованных связей между влияющими признаками и качественным выполнением рабочей деятельности операторами СЭУ (рисунки 1, 2). Пример результата корреляции: с улучшением показателя произвольного внимания снижается число ошибок, совершаемых оператором СЭУ, возрастает вероятность обнаружения неисправности, снижается вероятность совершения ошибки оператором СЭУ, повышается вероятность безотказной работы СЭУ. Также снижению вероятности совершения ошибки оператором СЭУ способствует высокий уровень мотивации к достижению цели, большой опыт работы и высокая квалификация.

Принятые условные обозначения: = - сильная положительная корреляционная связь; = = - сильная отрицательная; _- слабая положительная;__— слабая отрицательная

Рис. 1. Корреляционная связь вероятности безотказной работы ЭТС СЭУ с изучаемыми параметрами: 1 - возраст; 2 - тревожность; 3 - квалификация; 4 - вероятность устранения/диагностирования неисправности/отказа; 5 - вероятность обнаружения

неисправности; 6 - число ошибок; 7 — произвольное внимание, 8 — мотивация; 9 - вероятность ошибки; 10 - опыт; Лэтс - вероятность безотказной работы ЭТС СЭУ

Надёжность 4-0 СЭУ определена как совместное влияние вероятности его ошибочного действия и квалификации (формулы 4, 5).

где Я'э — вероятность несовершения ошибки эргатическим элементом; -вероятность устранения/диагностирования неисправности/отказа (при условии, что неисправность/отказ устраняемы); Р\ - вероятность совершения ошибки оператором СЭУ; Р" э- вероятность неустранения отказа/неисправности оператором СЭУ.

(4)

или

(5)

Принятые условные обозначения: = - сильная положительная корреляционная связь; = = - сильная отрицательная; _ - слабая положительная; _ . - слабая отрицательная

Рис, 2. Корреляционная связь надёжности Ч-О СЭУ с изучаемыми параметрами: 1 - возраст;

2 - тревожность; 3 - квалификация; 4 - вероятность устранения/диагностирования неисправности/ отказа; 5 - вероятность обнаружения неисправности; 6 - число ошибок; 7 - произвольное внимание; 8 - мотивация; 9 - вероятность ошибки; 10 - опыт; Яэ - надежность Ч-О СЭУ

Это ключевые факторы успешного выполнения должностных обязанностей операторами СЭУ. С целью подтверждения их значимости, ввиду многообразия факторов, влияющих на надежность операторов СЭУ и безотказность всего комплекса СЭУ, необходимо подтверждение наличия статистически значимых различий исходных показателей, полученных на основании эксперимента - число совершённых ошибок и вероятность устранения/диагностирования неисправности/отказа операторами СЭУ. Это произведено на основе расчёта к-независимых выборок по критерию Крускала-Уоллеса.

В обоих случаях на этапах ранжирования мы имеем повторяющиеся значения измеряемых величин, а значит факт наличия связанных рангов. В таком случае для вычисления параметра Н Крускала-Уоллеса используется следующая формула (6):

лфУ + 1) п.

Я=—- ' -, (6)

1—5ы£1_ ЛГ2-ЛГ

где к - число выборок; и,- - объём каждой из выборки; N - объём объединённой выборки (И = Я] - сумма рангов для каждой из выборок; Т, = {I, - и г, -размер г'-й группы связанных рангов (количество повторяющихся значений), I = 1,2, ... т.

Полученное значение Яэмпир сравнивается со значением ^крятт для выбранного уровня значимости а (0,05) и степеней свободы равное 3 из справочных таблиц.

Полученные данные вследствие расчётов в обоих случаях указывают на очень низкую вероятность ошибки, р < 0,001. Уровень значимости а = 0,05 больше ошибки р - нулевая гипотеза отвергается и принимается альтернативная - между четырьмя группами выборки существуют статистически значимые различия, выраженные в количестве совершаемых ошибок и вероятности устранения/диагностирования неисправности/отказа. Полученный результат свидетельствует о различиях в ошибочных действиях и устранении неисправностей по группам респондентов, сформированным по групповым признакам.

Вероятность совершения ошибки оператором СЭУ - Р\ или обратная ей составляющая, вероятность безошибочности эргатического элемента - рассчитываются по функции (3). Правомерность применения распределения Пуассона о принадлежности данного эмпирического распределения числа ошибочных действий респондентов теоретическому проверяется по критерию Колмогорова-Смирнова с принятием нулевой или альтернативной гипотезы. Для этого представлена гистограмма распределения частот совершаемых ошибочных действий респондентами (рисунок 3).

Число ошибок

Рис. 3. Эмпирическое распределение частот ошибочных действий операторов СЭУ

Из гистограммы видно, что полученное эмпирическое распределение для всех групп с некоторой асимметрией. Данный признак свойственен как биномиальному, так и Пуассоновскому распределению. Но, исходя из материала диссертационной работы, нами предполагается Пуассоновский закон распределения числа совершаемых ошибок. Далее проверяется гипотеза о принадлежности данного распределения числу ошибочных действий.

Для получения необходимых данных используются формулы (7)-(11).

Относительная эмпирическая частота совершённых ошибок респондентом:

Теоретическая кумулятивная функция распределения:

X — X ■ max nun

где F0(Xi) - кумулятивная частота, соответствующая значению xt; хтт - минимальное экспериментальное значение; хтах — максимальное экспериментальное значение.

Разность между значениями кумулятивных эмпирических и теоретических относительных частот ошибок для каждого респондента

A = F(x,)-F(*,) (9)

Разность между предыдущим значением эмпирической кумулятивной частоты и текущим значением теоретической кумулятивной частоты

¿Wfe-iMfo) (Ю)

Определяем значение параметра Z Колмогорова-Смирнова для единственной выборки

Z = max(jA| (11)

Отклонение от распределения Пуассона считается существенным при значении р < 0,05. В нашем случае (значение р = 0,854) найдено относительно Z = 0,607 по формуле 11, вероятность ошибки в этом случае является незначимой. Следовательно, нулевая гипотеза принимается - теоретическое распределение соответствует пуассоновскому.

Таким образом, становится возможным определение надёжности любого судового механика (оператора СЭУ) по предложенным формулам (4, 5). По завершении работы с каждым респондентом (по методике проведённого исследования) доступно качественное и количественное выявление выделенных нами составляющих надёжности оператора СЭУ:

- внимание оператора, отвечающее за совершение непредумышленных ошибочных действий, которые в свою очередь, могут привести к неисправному функционированию ЭТС СЭУ либо к частичному/полному отказу;

- квалификация, вносящая решающий вклад в способность диагностирования и устранения неисправности/отказа ТС по средствам построения причинно-следственных связей и компетентности этого оператора в диагностировании/устранении отказов/неисправностей СЭУ.

Теперь обратимся к записи общей вероятности R-этс п0 формуле (2).

Дэтс Со, 0 = Rr (tQ, t) • R3 (t).

Из формулировки видно, что при отказе любого из приведенных элементов отказывает вся система, а при отказе всей системы перестаёт функционировать

14

каждый из указанных элементов. Но логически, при отказе технического средства (ТС) эргатический элемент продолжает своё функционирование, и остаётся вероятность устранения неисправности/отказа ТС субъектом труда. Поэтому данная запись формулировки вероятности событий неточна и нуждается в корректировке.

Область применения функции (2) - кумулирует надёжность 4-0 СЭУ и безотказность ТС на всех этапах эксплуатации, таких, как: период приработки, период нормальной эксплуатации, период старения. В этой функции последний множитель Яэ(1) позволяет ввести в функцию безотказности СЭУ оператора и проследить динамику изменения 7?Этс- Иначе говоря, появляется возможность проследить уровень безотказности работы СЭУ до появления эргатического элемента и после этого.

Дэтс Со, 0 = Яэ (')■ (12)

В функции (12) отражено влияние оператора СЭУ на всю ЭТС СЭУ исключив возможности возникновения отказов не по вине оператора СЭУ. Следовательно,

Дэтс (0 = Я'эМ + (Д',(0 ■ (13)

Но исходя из замечания формулировки в функции (2), ЯЭтс ('о, 0 можно преобразовать к следующему виду:

0 = [Л'э(0 -Я'\ + Д\(Г0, 0 ■

• - ((Я\(0 • Я"э)' (Л\(Г0, 0 " Л",))], (14)

что включает возможные события с участием главного звена - оператора СЭУ.

С использованием полученных данных на основе теории вероятности была получена функция (15) по прогнозированию безотказности эргатехнической системы СЭУ, учитывающая ключевые события, которые формируют надёжное функционирование СЭУ. Это отказы ТС без возможности их устранения оператором СЭУ (неустраняемые отказы); устраняемые отказы; возможность совершения ошибки оператором с вероятностью её устранения в дальнейшем; возможность устранения отказа/неисправности ТС при вероятности его появления.

ЛэтсСо, 0 = ЯтСо,') • [Д',(/) • + 0 •

• Л", - ((Д'э(/) • Д",) • (Л\(/0, о ■ Д",))], (15)

где Дэтс(/0, 0 - вероятность безотказной работы эргатехнической системы СЭУ; Кт((о, 0 - вероятность безотказной работы ТС (без влияния человеческого фактора и при условии, что отказ неустраняемый) в течение времени (/0, /0 + /);

0 - вероятность возникновения устраняемого отказа/неисправности в течение времени; - вероятность безошибочной работы оператора СЭУ в период непрерывной эксплуатации; - вероятность устранения неисправности/отказа оператором СЭУ (при условии что неисправность/отказ устраняемы) в допустимый срок; многочлен [Д\(0 • + Л\((0, 0 ' - ((Л'э(0 • • /Гэ) ■ (Д\(/0, 0 • Л"э))] представляет вероятность события, благоприятного ис-

15

хода в различного рода случаях с участием оператора СЭУ и при определённом состоянии системы СЭУ; Л'э(/) • /?"э - вероятность благоприятного исхода при наличии вероятности совершения ошибки оператором и возможности её устранения (при условии, что ошибка вероятна); Л'т(/0, 0 • \ — вероятность благоприятного исхода при наличии вероятности возникновения отказа/неисправности ТС (Л'т) и возможности его устранения оператором СЭУ (при условии, что неисправность/отказ вероятны).

Особенность данной функции в том, что она сочетает как наличие неуст-раняемых отказов в системе и возникших не по причине человеческого фактора (Лт), так и наличие возможного устраняемого отказа/неисправности в системе СЭУ (Л'т). Функция (15) учитывает все необходимые события: возможное появление неустраняемого отказа с последующим прекращением функционирования системы, возможное появление отказа/неисправности и его неустранение эргатическим элементом, возможность совершения ошибки эргатическим элементом с возможным последующим устранением. При отсутствии неисправности в системе СЭУ дальнейшее безотказное её состояние зависит от ошибочности действий эргатического элемента, его квалификации и возможного появления неустраняемого отказа. Совершение ошибки этим оператором и её неустранение повлечёт за собой нежелательные последствия (неисправное функционирование, сбой, АСс, отказ, АС).

Далее на рисунках 4, 5 в графическом сравнении приведены показатели надёжности операторов СЭУ (Лэ) и показатели безотказного функционирования ЭТС СЭУ в случае введения неисправности в систему СЭУ (рисунок 4) и проявления надёжности оператора СЭУ в зависимости от ситуации (рисунок 5).

Из этих рисунков, составленных по результатам экспериментальных и расчётных данных, надёжность операторов СЭУ приобретает характерную значимость в формировании безотказной работы СЭУ. Показатель 7?э определяет признак — надёжность работы оператора СЭУ. Этот признак отличается разнообразием проявлений в зависимости от сложившейся ситуации, оказывающей влияние на эргатический элемент.

Распределение точек на рисунке 4, характерно для параметров /?э и 7?этс соответствующих респондентам разной надёжности. Методами регрессионного анализа была получена линия тренда, характеризующая функциональную зависимость.

и, и

0,93 0,94 0,95 0,96 0,97

Принятые условные обозначения: а — курсанты группы № 1; а - механики 3 разряда; ж - механики 1 -2 разрядов; х - курсанты группы № 4 Рис. 4. Вероятность безотказного функционирования ЭТС СЭУ

По характеру расположения точек на плоскости эта функция нелинейная и похожа на степенную, с постоянно увеличивающейся скоростью роста. Данная функция нелинейная по параметрам и требует сведения к линейной. Для нахождения параметров регрессии у = ахь проводим ее линеаризацию и, прологарифмировав обе части уравнения, получаем У = А + ЬХ, где У = 1п у, X = 1п х, А = 1п а. Далее, потенциируя, получаем: у = е"-хь.

Коэффициент регрессии (6) и свободный член (а) находим по известным формулам (16, 17):

Ь= » (16)

а = у — Ьх, (17)

где ху - среднее произведения у и х - среднее значение у, и х, выборки. Произведя вычисления, получаем следующую функцию:

Яэтс = 0,847 -Лэ33 543, (1 8)

характеризующую функциональную зависимость вероятности безотказной работы ЭТС СЭУ от надёжности оператора СЭУ. Степень близости аппроксимации данных выбранной функцией оценивалась коэффициентом детерминации Я2 = 0,93.

Принятые условные обозначения: в - случай неисправности/отказа в системе СЭУ; □ - отсутствие неисправности/отказа в системе СЭУ; - надёжность человека-оператора СЭУ Рис. 5. Проявление надёжности оператора СЭУ в зависимости от ситуации

Границы доверительного интервала для функции (18) найдены по формуле (19) и указаны пунктирной линией на рисунке 4.

Доверительная вероятность (р) принималась 95 %, найдено среднеквадратичное отклонение (о) экспериментальных точек (у,) /?этс относительно полученных (ут), равно 0,051. Квантиль Стьюдента для принятой нами доверительной вероятности 0,95 и количества экспериментов (30) принимает значение ^о.95(30) = 2,042. Доверительный интервал функции (18) равен А Лэтс = ± 0,1.

И так, каждый эргатический элемент проявляет себя в зависимости от ситуации по-разному, но при этом остаётся в пределах, ограниченных своими возможностями (психическими, физическими, психофизиологическими, компетентност-ными). Проведя исследования, мы получили следующие результаты:

- безотказность ЭТС СЭУ находится в прямой зависимости от квалификации операторов СЭУ, а также от некоторых психологических качеств (произвольное внимание, мотивация, психологическая напряжённость);

- каждый респондент обладает своеобразным набором индивидуальных качеств, поддающихся выявлению и оказывающих влияние на успешность трудовой деятельности;

- в процессе обучения и опыта эксплуатации протекают этапы профессионализации судовых механиков, что в результате показывает готовность операторов к верным действиям в различных ситуациях (см. рисунок 5);

- вероятность безотказной работы ЭТС СЭУ повышается с увеличением надёжности оператора СЭУ и описывается функцией (18);

- уровень произвольного внимания и квалификации операторов СЭУ подвижны на стадии обучения, что положительно сказывается на надёжности ЭТС СЭУ (группа № 4, см. рисунки 4, 5).

В проведении исследования были выявлены узлы и механизмы комплекса СЭУ, представляющие затруднения в диагностировании и анализе их состояния операторами СЭУ разных этапов профессиональной реализации. Этот анализ способствует своевременному выявлению и устранению проблем в узлах и механизмах и элементах системы СЭУ конкретными операторами. Изучены причины подобного явления с целью разработки мер, в объёме методики тренажёрной подготовки, по их предупреждению.

Разработанная автором методика позволяет повысить уровень усвоения информации, эффективно подготовить курсантов и студентов, не имеющих опыта работы в должности судомеханика, оценить и повысить надёжность работы оператора в комплексе ЭТС СЭУ, обеспечить их готовность к правильным действиям в штатных и аварийных ситуациях СЭУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в работе исследования позволяют сделать следующие заключения:

1. Анализ характерных отказов и аварийности позволяет прийти к заключению, что оператору СЭУ необходимо обладать определённым уровнем профессиональной квалификации и набором психологических качеств, формирующих его надёжность и готовность к выполнению функциональных обязанностей в аварийных ситуациях.

2. Теоретической основой изучения работы оператора СЭУ являются субъект-объектные отношения. Это подтверждается результатами анализа аварийности морского флота, в котором ЧФ оказывается на первом месте среди причин аварийных случаев.

3. Изучено взаимное влияние комплекса СЭУ и эргатического элемента (инженера по эксплуатации СЭУ). На основании антропоцентрического подхода к изучению взаимодействия человека и техники (СЭУ) оператор СЭУ классифицирован как ведущее звено в ЭТС СЭУ, которая, в свою очередь, включена в макросистему «судно». При таком подходе удалось выявить ключевые факторы, в формировании безотказности СЭУ при эксплуатации человеком, такие, как:

- произвольное внимание является ПВК оператора СЭУ и входит в состав его функциональной надёжности, находится в непосредственной взаимосвязи с характером ошибок, совершаемых операторами, обнаружением и устранением ими неисправностей/отказов, вероятностью безотказной работы СЭУ, формируя, таким образом, безотказную и безаварийную работу ЭТС СЭУ;

- мотивация к достижению цели имеет немаловажное значение в успешной и безаварийной эксплуатации СЭУ, входит в состав профессиональной надёжности оператора, влияет на вероятность возникновения ошибки в действиях операторов СЭУ, что отражается на вероятности безотказной работы комплекса СЭУ;

- возможность нарушения алгоритма действий при подготовке механизмов/систем, запуске, эксплуатации и выводе из работы являются следствием ошибок в работе оператора СЭУ; этот фактор находится в прямой зависимости от уровня произвольного внимания операторов СЭУ, мотивации к достижению цели, вероятности обнаружения неисправности/отказа и их устранения и вероятности безотказного функционирования комплекса СЭУ;

- квалификация субъекта труда, проявляющаяся в выраженности структурных компонентов профессиональной надёжности, позволяет: уверенно эксплуатировать комплекс СЭУ; выполнять должностные обязанности; достаточно корректно оценивать ситуативность; своевременно диагностировать потенциально опасное состояние СЭУ (неисправность/отказ) и устранять конкретный отказ или неисправность либо, принимая верные действия, снижать тяжесть последствий. Данный признак хорошо проявляет себя в условиях АСс и оценивается вероятностью обнаружения и устранения неисправности/отказа, находится в прямой зависимости от уровня произвольного внимания операторов СЭУ, вероятности совершения ошибочного действия, опыта рабочей деятельности и вероятности безотказного функционирования комплекса СЭУ.

Все вышеперечисленные факторы поддаются выявлению и количественному анализу по методике проведения исследования. Также они изменчивы в процессе профессионализации субъекта труда, а значит, поддаются влиянию с целью повышения надёжности работы судового механика и всей ЭТС СЭУ.

4. По результатам исследования обнаружены наиболее частые события, фигурирующие в развитии АСс, и благоприятствующие её появлению, такие, как: вероятность возникновения устраняемого отказа/неисправности (не по вине оператора); вероятность безошибочной работы оператора СЭУ; вероятность устранения неисправности/отказа оператором СЭУ; вероятность безотказной работы ТС (без влияния человеческого фактора и при условии, что отказ "неустра-няемый).

С использованием этих данных разработана функция (15) по принципу полной вероятности событий. Эта функция учитывает благоприятные исходы в различного рода случаях с участием оператора СЭУ при определённом состоянии системы СЭУ. Таким образом, представлена возможность оценки безотказности эргатехнической системы СЭУ с учётом безотказности компонентов СЭУ и надёжности субъекта труда.

Методом регрессионного анализа была получена функция (18), характеризующая функциональную зависимость вероятности безотказной работы ЭТС СЭУ от уровня надёжности действий оператора СЭУ. Степень близости аппроксимации данных выбранной функцией оценивалась коэффициентом детерминации Я2 = 0,93. Доверительный интервал функции (18) равен 0,1.

5. При эксплуатации СЭУ и её элементов выявлено, что у операторов СЭУ, принадлежащих к разным квалификационным группам, имеются так называемые проблемные узлы и механизмы. Это связанно с восприятием сложности конструкций (особенности эргономических характеристик) и рабочих процессов.

Для курсантов и студентов выпускных курсов - это турбокомпрессор (16 %), детали остова двигателя (11 %), детали ЦПГ (22 %), система топливоподачи ГД (26 %).

Для операторов СЭУ со стажем четвёртых и третьих механиков проблемы те же, что и для студентов выпускных курсов (ТК (40 %), остов (50 %), ЦПГ (20 %), топливоподача ГД (39 %)) плюс система охлаждения забортной водой (38 %).

Для опытных операторов СЭУ со стажем вторых и старших механиков -это турбокомпрессор (60 %), система охлаждения забортной водой (42 %), система топливоподачи ГД (66 %).

В процентах указана доля диагностируемых/устранённых неисправностей/ отказов системы соответствующими респондентами группы.

6. Разработана методика подготовки судовых механиков для готовности к правильным действиям в штатных и аварийных ситуациях СЭУ посредством тренажёрного комплекса СЭУ. Применение данной методики способствует: повышению уровня усвоения информации, эффективности подготовки курсантов и студентов, не имеющих опыта рабочей деятельности в должности судомеханика, повышению надёжности работы оператора СЭУ любой квалификации, обеспечению их готовности к правильным действиям в штатных и АСс.

Автор выражает благодарность кандидату психологических наук, доценту кафедры психологии МГУ им. адм. Г.И. Невельского И.В. Герасимовой за ценные советы, консультацию и замечания в создании диссертации и автореферата.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАНЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Рецензируемые научные журналы и издания перечня ВАК

1. Глазюк, Д.К. Мероприятия по обеспечению безаварийной работы и реальная практика аварий дизелей на судах промыслового флота / Д.К. Глазюк, А.Н. Соболенко // Рыбное хозяйство. — № 6. — 2011. - С. 83-86.

2. Глазюк, Д.К. Теоретическая модель развития аварийных ситуаций СЭУ / Д.К. Глазюк // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. -№ 2. — 2012. — С. 188-193.

3. Глазюк, Д.К. Оценка надежности в эксплуатации судовых энергетических установок / Д.К. Глазюк// Научное обозрение. - № 4. 2013. - С. 131-137.

Сборники научных трудов высших учебных заведений, материалы международных и российских конференций

4. Глазюк, Д.К. Аварии дизелей 8Т^[\Т)26/20 АЬ2 по причине человеческого фактора / Д.К. Глазюк, А.Ю. Пахомов, А.Н. Соболенко // Науч. тр. Дальрыбвту-за. - № 22. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2010. - С. 203-208.

5. Глазюк, Д.К. Аварийное происшествие с главным судовым дизелем 6ЧНСП 18/22-600 в эксплуатации / Д.К. Глазюк, А.Н. Соболенко // Науч. тр. Дальрыбвтуза. — № 23. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011. - С. 109-112.

6. Глазюк, Д.К. Тренажёрная подготовка — средство привития культуры безопасности эксплуатации СЭУ / Д.К. Глазюк, А.Н. Соболенко // Состояние и тенденции развития уровневого высшего профессионального образования в России: матер. Региональной науч.-метод, конф. — Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011.-С. 84-86.

7. Глазюк, Д.К. Проблема аварий морских судов из-за отказов СЭУ по причине человеческого фактора / Д.К. Глазюк, А.Н. Соболенко // Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов мирового океана: матер. Между-нар. науч.-техн. конф. Ч. 1.-Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011.- С. 305-308.

8. Глазюк, Д.К. Повреждения вспомогательного судового дизеля 6ЧН 18/22-225 в эксплуатации / Д.К. Глазюк, А.Р. Сельсков, А.Н. Соболенко // Науч. тр. Дальрыбвтуза. - № 24. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011.

9. Глазюк, Д.К. Характерные отказы дизелей 6Ь42МС в период их технического использования / А.Н. Соболенко, Д.К. Глазюк // Актуальные проблемы развития судоходства в Дальневосточном регионе: матер. Междунар. науч.-техн. конф. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2011.

10. Глазюк, Д.К. Надёжность как один из основополагающих факторов аварийности СЭУ / Д.К. Глазюк // Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана: матер. II междунар. науч.-техн. конф. — Владивосток: Дальрыбвтуз, 2012.

11. Глазюк, Д.К. Надёжность человека-оператора как одна из перспектив безотказности и безопасности эксплуатации СЭУ / Д.К. Глазюк // Актуальные проблемы развития судоходства и транспорта в Азиатско-тихоокеанском регионе: матер. Междунар. науч.-техн. конф. -Владивосток: Дальрыбвтуз, 2013.

12. Глазюк, Д.К. Учёт надёжности человека-оператора при исследовании безотказности функционирования СЭУ / Д.К. Глазюк, А.Н. Соболенко // Проблемы транспорта Дальнего Востока: матер. Междунар. науч.-практ. конф. — Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2013. - С. 52-54.

13. Глазюк, Д.К. О возможности учёта человеческого фактора при обеспечении безаварийной эксплуатации судовых дизелей / А.Н. Соболенко, Д.К. Глазюк // Актуальные проблемы создания и эксплуатации тепловых двигателей в условиях Дальневосточного региона России: матер. Междунар. науч.-техн. конф. (Двигатели 2013). - Хабаровск: изд-во ТГУ, 2013. - С. 221-226.

Глазкж Дмитрий Константинович

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ И БЕЗАВАРИЙНОСТИ СЭУ ПОСРЕДСТВОМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ ЕЁ ЭРГАТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Автореферат диссертации

Подписано в печать 21.02.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 1,00. Заказ 1696. Тираж 100 экз.

Отпечатано: издательско-полиграфический комплекс Дальневосточного государственного технического рыбохозяйственного университета 690091, г. Владивосток, ул. Светланская, 25

дальневосточный государственный техническим

рыбохозяйственный университет

На правах рукописи

04201457375

ГЛАЗЮК ДМИТРИЙ КОНСТАНТИНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОТКАЗНОСТИ И БЕЗАВАРИЙНОСТИ СЭУ ПОСРЕДСТВОМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ ЕЁ ЭРГАТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы

(главные и вспомогательные)

диссертация

на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -Соболенко А.Н. доктор технических наук, профессор

Владивосток - 2014

/

Оглавление

Введение..........................................................................................4

Глава 1. Возможность обеспечения надёжного функционирования

СЭУ посредством изучения влияния на её работоспособность

эргатического элемента.........................................................................................15

1.1. Характерные аварии СЭУ по причине человеческого

фактора..................................................................................................15

1.2. Анализ способов по обеспечению безопасности, надёжности и эффективности эксплуатации технических объектов с учётом человеческого фактора в различных сферах трудовой

деятельности...........................................................................................28

1.3. Повышение эффективной и безаварийной работы эргатехнических систем посредством тренажёрной подготовки

её операторов.......................................................................................................47

Глава 2. Теоретические основы надежности человека-

оператора судовых энергетических установок..........................................57

2.1. Общие теоретические основы изучения

операторского труда........................................................................57

2.2. Виды надежности, факторы снижения надежности

оператора СЭУ...............................................................................62

2.3. Анализ этапов профессионализации и соответствующих требований к профреализации операторов СЭУ........................................................75

2.4. Выводы....................................................................................81

Глава 3. Экспериментальные исследования на тренажёрном комплексе

СЭУ по влиянию на безотказность комплекса СЭУ надёжности эргатического элемента......................................................................................83

3.1. Методическое обеспечение исследования.........................................83

3.2. Описание тренажёрного комплекса ЕК8 4000,

используемого для эксперимента...............................................................86

3.3. Организация эксперимента и этапы исследования..............................96

3.4. Выводы.....................................................................................104

Глава 4. Анализ результатов экспериментальных исследований

операторов СЭУ на тренажёрном комплексе ERS 4000................................105

4.1. Анализ полученных эмпирических данных, отражающих

надёжность 4-0 при эксплуатации СЭУ.................................................105

4.2. Влияние надёжности 4-0 на безотказность

эргатехнической системы СЭУ............................................................117

4.3. Методика тренажёрной подготовки операторов СЭУ к верным

действиям в штатных и аварийных ситуациях.............................................133

4.4. Выводы.....................................................................................146

Заключение.......................................................................................150

Список условных обозначений..............................................................154

Список литературы.............................................................................155

Приложение 1....................................................................................168

Приложение 2.....................................................................................185

Введение

Одной из важнейших задач развития морской отрасли является повышение надежности сложных технических систем судовых энергетических установок (СЭУ). Совершенствование практических и теоретических методов исследования надежности судовой техники способствует повышению эффективности использования судов. Но полагаясь на анализ надежности сложного объекта без учёта его взаимодействия с субъектом (человек-оператор) нельзя достоверно прогнозировать безотказность систем СЭУ, разрабатывать мероприятия по повышению их долговечности, обосновывать межремонтные периоды.

Из года в год автоматизация управления и контроля механических систем прогрессирует в своём развитии, максимально отстраняя человека от возможности принятия им решений в достижении поставленных целей, всей системы. С одной стороны, это хорошо. Количество неверных действий оператора сокращается ввиду полной автоматизации систем. С другой стороны, число аварийных происшествий на водном транспорте свидетельствует об обратном: высок процент аварийности по вине оператора [137]. При ошибочных действиях либо бездействии обслуживающего персонала можно вывести из строя абсолютно любой механизм либо систему, какого бы класса автоматизации и уровня надёжности они ни были.

Имеется множество работ, посвящённых повышению надёжности главных двигателей (ГД) и их элементов на стадиях проектирования, определению показателей надёжности на стадии эксплуатации [28, 50, 60, 65, 68, 93, 105, 114]. И дальнейшие работы над повышением надёжности и живучести СЭУ малоэффективны, если пренебрегать тем фактом, что СЭУ - это всё же система «человек-машина», в которой операторские функции выполняет компетентное лицо, специалист, а судовая энергетическая установка - в его руках лишь орудие для достижения заданных целей. Статистические данные по эксплуатации и анализу морских аварий и инцидентов свидетельствуют об ошибочных действиях, нарушениях или бездействии со стороны оператора по отношению к системе

СЭУ. В противном случае можно было бы утверждать, что СЭУ спроектирована и изготовлена недостаточно надёжной.

Категория «надежность» является одной из наиболее важных при описании или оценке деятельности человека, работы технического объекта или системы «человек-машина» в целом. Как совокупная характеристика или системное свойство надежность технического объекта, человека или системы отражает не только их деятельность, рабочую активность, но и выражает количественные и качественные показатели функционирования системы или ее элементов. Применительно к субъекту деятельности в составе системы «человек-машина» надежность характеризует определенную структуру компонентов деятельности (характеристик субъекта, средств, содержания, условий и организации), то есть их взаимосвязь (взаимодействие) и иерархию этих характеристик, а также функциональные механизмы их изменения в целях достижения тех значений рабочих параметров системы (человека, техники, процесса деятельности и т.д.), которые в конечном счёте обеспечивают проявление способности человека безошибочно (точно, своевременно) выполнять деятельность в течение определенного времени при заданных условиях [8].

Международная морская организация направляет усилия правительств государств и руководителей судоходных компаний на выполнение и создание эффективных систем управления безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения (МКУБ). В положении о порядке классификации, расследования и учёта аварийных случаев с судами определяется порядок классификации, расследования и учета аварийных случаев (АС) с судами во время плавания или на стоянке (ПРАС-90). Однако трактовки терминов аварийное происшествие, авария, аварийный случай представляются поверхностными и не дающими точности в понимании и классификации в ряде случаев со сложными техническими системами судовых энергетических установок (СЭУ) морского и речного транспорта.

В нормативных документах эти термины вовсе используются без каких бы то ни было пояснений. К тому же признан не действующим на территории

Российской Федерации приказ Министра морского флота СССР от 29 декабря 1989 г. № 118 «Об утверждении Положения о порядке классификации, расследования и учета аварийных случаев с судами (ПРАС-90)». Ему на смену принят кодекс международных стандартов и рекомендуемой практики расследования аварии или инцидента на море (кодекс расследования аварий) [61]. Следовательно, введены новые определения, классифицирующие события на море: авария на море, инцидент на море, очень серьёзная авария на море. Очередной кодекс также не даёт достаточных определений для восприятия ситуаций, рассматриваемых этой диссертационной работой.

Отсутствие стандартизованного определения, позволяющего дать оценку состояния для комплекса СЭУ в конкретный промежуток времени при определяющих условиях и возможных последствий усложняет определение некоторых целей данной диссертационной работы.

В связи с этим и по причине несоответствия либо неполноты представления в терминологии стандартных форм ГОСТа автор считает возможным предложить некоторые свои термины применительно к СЭУ, дополняющие предложенные ИМО и их трактовку.

Термин аварийная ситуация СЭУ - (АСс)» представляется, а в дальнейшем рассматривается как период нормальной эксплуатации, перешедший в потенциально опасное состояние сложной технической системы СЭУ, вызванное отказом, неисправностью либо ошибкой одного или нескольких элементов (эргатических, технических) этой системы, либо их сочетанием, и стремящееся привести объект к аварийному происшествию.

Необходимое внедрение данного термина позволит точнее идентифицировать проистекающий процесс формирования возможного АС через аварийную ситуацию в СЭУ (АСс) и зафиксировать ряд необходимых критериев при проведении автором обучающего эксперимента.

Термин аварийность представляется, а в дальнейшем рассматривается как производное от слова «авария», сочетающее в себе ряд определений (авария на море, аварийный случай, инцидент на море, очень серьёзная авария на море),

имевших место при их качественном и количественном определении в виде абсолютного числа событий за определенный промежуток времени. Этот термин может употребляться применительно к конкретной задаче по классификации видов происшествия (навигационные, технические, пожары и взрывы), например аварийность СЭУ.

Далее, апеллируя понятиями аварийная ситуация СЭУ, аварийное происшествие, аварийный случай, аварийность, автор будет ссылаться на трактовки, применимые в данной работе.

Требования к надежности работы систем управления СЭУ и к самому человеку-оператору в СЭУ остаются одними из основных в оценке эффективности и качества деятельности. Более того, эти требования имеют выраженную тенденцию к ужесточению в связи с непрерывным развитием техники, систем управления, внедрением новых технологий и многими другими факторами. Этот технический прогресс достиг пределов, за которыми возможности техники, в том числе по обеспечению надежности ее элементов, начинают явно сдерживаться теми факторами, которые определяются особенностями человека, его индивидуальными и групповыми характеристиками [8]. Именно этим обстоятельством обусловливается развитие таких научных и прикладных направлений в составе эргономики, как инженерная психология, психология и физиология труда. В рамках этих научных направлений также представлена проблема надежности деятельности человека-оператора СЭУ.

Актуальность темы

Проблемы обеспечения безопасности эксплуатации СЭУ обозначены в требованиях IMO (International Marine Organization) как неотъемлемая часть требований международного кодекса STSW 75/78 (Standarts of Trainings Certification and Watchkeeping) [5]. Наибольшую опасность представляют отказы, происходящие в период технического использования дизеля, поскольку они могут привести к аварийным случаям и в конечном итоге - к аварийному происшествию.

Проводимые в этой связи исследования касаются главным образом эксплуатационных факторов (нарушения установленных правил и условий эксплуатации), наличие которых приводит к отказам.

Можно предположить, что аварийность не уменьшается от того, что недостаточно квалифицированно анализируют происходящие морские происшествия, упуская главные их причины [11]. Исторически международное морское сообщество рассматривало проблему безопасности на море преимущественно под техническим углом зрения. Традиционный здравый смысл состоял в том, чтобы применять инженерные и технологические решения для повышения безопасности и сведения к минимуму последствия морских аварий и инцидентов. Соответственно, стандарты безопасности в основном касались требований к конструкции и оборудованию судна. Не смотря на технические новшества в этой области, продолжали происходить крупные морские аварии и инциденты. В 1999 г. резолюцией ИМО А.849 (20) принимается «Кодекс по расследованию морских аварий и инцидентов» [ПРАС 90].

Анализ морских аварий и инцидентов побудили международное морское сообщество и различные службы безопасности к тому, чтобы перейти от подхода, ориентированного на технические требования к конструкции и оборудованию судов, к такому подходу, при котором признается и более полно учитывается роль человеческого фактора в безопасности на море, в рамках всей морской отрасли. Эти исследования показали, что, учитывая участие людей во всех аспектах деятельности на море, включая проектирование, производство, управление, эксплуатацию и техническое обслуживание, почти все морские аварии и инциденты связаны с человеческим фактором. Следуя логике последовательности появления «руководящих документов», основная причина аварий найдена - это человеческий фактор. Вследствие этого, в 1999 г. появляется Резолюция ИМО А. 884(21), «Руководство по расследованию человеческого фактора в морских авариях и инцидентах» (для цели руководства термин морские аварии и инциденты рассмотрен только как производственные несчастные случаи со смертельным исходом или вызвавшие серьезные телесные повреждения).

В поисках путей решения проблемы влияния человеческого фактора на морские аварии и инциденты морское сообщество придает особое значение надлежащей подготовке и дипломированию экипажей судов. Однако все более очевидным становится тот факт, что подготовка кадров является только одним из аспектов человеческого фактора. Существуют другие факторы, способствующие возникновению морских аварий и инцидентов, которые должны быть поняты, расследованы и учтены. В соответствии с материалами Конвенции ООН по морскому праву, такими факторами, важными для морской отрасли, являются общение, компетентность, культура, опыт, усталость, здоровье, информированность об обстановке, стресс, условия труда и т.д.

Человеческий фактор оказывает существенное влияние на безаварийное и безотказное состояние СЭУ.

Имеется множество работ отечественных авторов, посвященных повышению надёжности главных двигателей (ГД) и их элементов на стадиях проектирования, определению показателей надёжности на стадии эксплуатации (А.И. Григорьев, Л.В. Ефремов, Л.Н. Карпов, Е.И. Крылов, Д.Н. Решетов). Но значительно меньше работ посвящено надёжности объекта труда, где в совместном влиянии рассматривается и субъект труда. Это работы советских ученых: А.И. Губинского, Г.В. Дружинина, И.В. Кузьмина, Г.В. Суходольского.

Работы в области эргатических систем с изучением влияния человеческого фактора (ЧФ), ведутся в различных научных областях на базе эргономики и кибернетики, но по большому счёту, носят описательный характер. В последнее время, всё чаще появляются работы, посвящённые эргатическим системам и роли в них человека-оператора. Эти работы касаются военной, авиационной промышленности и космонавтики, отдельных отраслей технической индустрии. Это говорит о заинтересованности и востребованности данного направления исследований.

Обзор и анализ литературных источников, в которых исследуется влияние ЧФ на флоте, показывают, что изучению влияния ЧФ на безотказную и безаварийную работу СЭУ не уделяется особого внимания.

Человеческий фактор, а именно надёжность человека-оператора (Ч-О) в авариях СЭУ изучена слабо. Анализ человеческих ошибок и оценка надёжности судового механика поможет выявить первопричины возникновения его негативных действий либо бездействия при эксплуатации СЭУ и по возможности предупредить нежелательные последствия. Таким образом, включение данного аспекта в определение вероятности безотказной работы СЭУ является новым и весьма актуальным направлением исследования.

Отсутствуют работы по обеспечению безаварийности СЭУ за счёт повышения надёжности операторов СЭУ. Определяя комплексные показатели надёжности элементов СЭУ, не учитывают наличие ЧФ в получаемых результатах, а следовательно, и влияние на них, что безусловно искажает достоверность расчётов (в частности, по прогнозам вероятности безотказной работы элементов СЭУ). Отсутствуют какие-либо методики, выявляющие готовность специалистов к предупреждению и характерному развитию аварийной ситуации в СЭУ, нет разработанных научно-обоснованных программ подготовки специалистов к действиям в аварийных ситуациях.

В этой связи изучение влияния эргатического элемента на качество эксплуатации и безотказность функционирования СЭУ является на сегодняшний день ак