автореферат диссертации по транспорту, 05.22.16, диссертация на тему:Теоретические основы и методы решения приоритетных проблем безопасности мореплавания

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О.МАКАРОВА

На правах рукописи УДК 656.62.052.4

Ершов Андрей Александрович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДЫ

РЕШЕНИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ ПРОБЛЕМ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ

Специальность: 05.22.16-Судовождение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2000

Работа выполнена на кафедре Теории и устройства судна Государственной морской академии имении адмирала С.О.Макарова.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, Вице-президент Российской Академии транспорта Кацман Ф.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

действительный член Российской Академии транспорта

B. И. Пересыпкин; доктор технических наук

C. П. Алексеев;

доктор технических наук, профессор, действительный член Российской Академии транспорта Н. М. Груздев

Ведущее предприятие: Институт проблем транспорта

Российской Академии наук.

Защита состоится 27 июня 2000 года в 10.00 часов на заседании Диссертационного совета Д. 101.02.02 при Государственной морской академии имени адмирала С. О. Макарова по адресу:

199026, Санкт-Петербург, Косая линия, 15а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан 25 мая 2000 года.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, в двух экземплярах просим направлять в адрес ученого секретаря Диссертационного совета Д. 101.02.02:199026, Санкт-Петербург, Косая линия, 15а.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Д. 101.02.02,

кандидат технических наук, доцент В.А.Прокофьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Безопасность мореплавания одна из важнейших проблем мирового судоходства. Высокий уровень аварийности судов, возникновение катастроф на морском транспорте, приводящих к гибели людей, потере значительных материальных средств, экономическим и экологическим последствиям, - все это говорит о том, что решение проблемы безопасности мореплавания является серьезной актуальной задачей.

За последние годы резко возрос интерес международной морской организации ИМО к теоретическим вопросам в области обеспечения безопасности мореплавания. Это проявилось в Протоколах и Резолюциях ИМО, в текстах Международных Конвенций, направленных на создание общих принципов и единых методов оценки и определения условий безопасности на всех стадиях ее обеспечения, включая проектирование, строительство, эксплуатацию судов и других объектов мореплавания.

Анализ нормативных и директивных документов ИМО и исследования причин морских катастроф и аварий приводят к выводу, что решение задач обеспечения безопасности мореплавания, в частности, сформулированных в Резолюциях ИМО, возможно только при создании общей теории безопасности мореплавания, которая была бы применима на всех стадиях, начиная от проектирования судов до их списания. Такая теория безопасности мореплавания должна отражать существующие пути и методы решения различных проблем обеспечения безопасности, выявлять общие закономерности и позволять находить новые подходы и принципы решения проблем безопасности мореплавания.

Изложенное свидетельствует об актуальности проблемы создания упомянутой теории.

Целью диссертационной работы является разработка общей теории безопасности мореплавания, применимой на всех стадиях от проектирования судна до его безопасной эксплуатации и, на ее основе, установление необходимых условий и требований для решения приоритетных проблем безопасности мореплавания.

Методы исследований. В основу разработки теории положены методы исследований, опирающиеся на

разработанные теоретические положения решения проблем безопасности мореплавания в форме теории безопасности мореплавания и теория математического анализа. Апробация разработанных теоретических положений осуществляется путем использования прикладных методов теории навигации, теории судна, вихревой теории гребного винта, руля, а также методов математического моделирования на ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в разработке ранее не существовавшей в обобщенном виде общей теории безопасности мореплавания (ТБМ). В рамках предложенной ТБМ в форме обоснованных утверждений, вытекающих из них следствий и теорем, представлена система доказательств объективной возможности существования .теории безопасности, позволяющей представить приоритетные задачи обеспечения безопасности мореплавания и получить пути их решения. Научная новизна содержится в предложенном аппарате решения задач безопасности мореплавания и в полученных результатах применения этого аппарата.

В качестве иллюстрации новых научных результатов можно привести следующее:

1. В диссертационной работе разработана теория безопасности мореплавания (ТБМ), которая позволяет определить основные закономерности обеспечения безопасности.

2. Показано, что в понятиях разработанной ТБМ может быть представлена любая задача, связанная с обеспечением безопасности мореплавания.

3. Сформулированы Утверждения ТБМ, позволяющие установить основные закономерности существования условий безопасности мореплавания в рамках ТБМ пути и методы их определения. Установлено, что если задача представлена в понятиях ТБМ, ее решение существует и может быть найдено.

4. Установлена связь между понятиями ТБМ и базовыми понятиями математического анализа: функцией, областью определения функции, областью значений функции, непрерывностью функции. Показано, что, если понятия ТБМ

определены в вещественной области, то им соответствуют основные закономерности непрерывных функций.

5. Для обеспечения математического доказательства основных положений ТБМ, определенных в вещественной области методами математического анализа доказаны две теоремы и лемма, которые являются математическим доказательством основных утверждений ТБМ и следствий к ним.

6. Установлено, что основным требованием для обеспечения безопасности становится наличие функциональной связи между объектом или явлением в мореплавании, подвергаемым опасности и источником опасности. -

7. В рамках ТБМ, для задач, определенных в вещественной области записаны уравнения безопасности, сформулирована прямая и обратная задача ТБМ и приведены способы их решения для практических задач безопасности мореплавания.

8. В рамках ТБМ определена роль «человеческого фактора» в обеспечении безопасности объекта или явления и получена его количественная оценка в структуре уравнений безопасности.

10. Установлена роль математической модели объекта и/или явления в ТБМ и основные требования, которым она должна соответствовать с позиций ТБМ.

11. Определены возможности и перспективы использования ТБМ как инструмента поиска новых научных данных и метода решения практических задач в различных областях безопасности мореплавания.

Практическая ценность работы.

Теоретические положения работы, а также полученные в ней практические результаты могут быть использованы при разработках в области обеспечения безопасности, как на морском флоте, так и в других областях техники, связанных с решением проблем обеспечения безопасности транспорта.

Решение приоритетных задач обеспечения безопасности мореплавания, определенных в области вещественных чисел, может быть получено с использованием положений ТБМ, прямой и обратной задачи ТБМ, решение которых, согласно доказанным теоремам, существует и может быть найдено.

Практические решения отдельных проблем безопасности мореплавания, полученные на основании материалов диссертации и используемые в различных организациях морского транспорта, подтверждают работоспособность положений ТБМ для решения приоритетных задач в области обеспечения безопасности мореплавания.

Реализация результатов работы. В 20 научно-исследовательских, госбюджетных и хоздоговорных работах выполненных на кафедре Теории и устройства судна ГМА имени адмирала С. О. Макарова и в Академии транспорта Российской Федерации за период с 1987 года по 1999 год были в разной степени внедрены результаты, вытекающие из разработанной ТБМ.

Результаты работы также использованы в Балтийском морском пароходстве, на судах которого в период 1989-1994 года производилось разработка и внедрение программного комплекса, полученного на основании материалов диссертации для представления информации о маневренных характеристиках в соответствии с Резолюцией ИМО А.601(15).

Отдельные результаты диссертации использованы в работах по обеспечению безопасности мореплавания в зоне деятельности Морской администрации порта Санкт-Петербург.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на всесоюзных и всероссийских научно-технической конференциях: «Проблемы совершенствования комплексных методов прогнозирования мореходных качеств судов» (Крыловские чтения, 1987), «Физико-математическое моделирование при решении проблем гидроаэромеханики и динамики судов и средств освоения мирового океана» (Крыловские чтения, 1989), «Методы прогнозирования и способы повышения мореходных качеств судов и средств освоения океана» (Крыловские чтения, 1991), «Современные проблемы теории корабля» (Крыловские чтения, 1995), «Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики», (Крыловские чтения, 1997), «Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики» (Крыловские чтения, 1999),«Юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и курсантов», 1997 года, научно-технических конференциях

профессорско-преподавательского состава ГМА им. адм. С.О.Макарова в 1987-1999 годах и др.

Публикации. Содержание диссертации опубликовано и представлено в 40 работах, в том числе 1 учебнике, 20 статьях, 15 отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 177 страницах машинописного текста, включая 50 рисунков, 3 таблицы, списка литературы 201 наименования и приложения. Общий объем работы составляет 202 страницы.

Содержание работы

На основе представленного анализа состояния проблемы обеспечения безопасности мореплавания сформулирован предмет защиты диссертации - разработать научные обоснования и сформулировать доказательства необходимости и возможности создания единой обобщенной теории безопасности мореплавания. Предложить рациональный математический аппарат, позволяющий решать фундаментальные и прикладные задачи в рамках этой теории. Апробировать на конкретных примерах научную строгость и практическую работоспособность ее аппарата.

Из изложенной формулировки предмета защиты вытекают конкретные научные задачи, которые необходимо решить в диссертационной работе.

1) Представить систему научных доказательств необходимости и возможности создания общей теории безопасности мореплавания.

2) Произвести анализ существующих методов обеспечения безопасности мореплавания как основы для создания теории безопасности.

3) Создать понятийный аппарат теории безопасности мореплавания, охватывающий большинство задач безопасности.

4) Сформулировать и представить предварительные доказательства основных закономерностей обеспечения безопасности в рамках разработанного понятийного аппарата.

5) Установить связи между категориями теории безопасности базовыми понятиями математики.

6) Представить математическое доказательство основных закономерностей теории безопасности.

7) Апробировать теорию безопасности мореплавания для решения практических задач.

8) Определить перспективы развития и использования теории безопасности мореплавания для решения практических задач.

В первой главе рассматриваются основные причины нарушений безопасности мореплавания и обосновывается

возможность выявления общих закономерностей обеспечения безопасности для создания единой теории. В общем виде анализируются и формулируются основы безопасности, которую можно осуществлять в трех основных формах.

1) Предвидеть опасность.

2) Избегать опасности.

3) Действовать в целях обеспечения безопасности.

Обосновывается вывод о том, что любая форма жизни и

деятельности может быть представлена как нахождение (создание), взаимодействие и необходимое поддержание (или сознательное нарушение) определенных зон безопасности по отношению к какому-либо человеку, предмету, процессу или явлению.

На всех этапах существования (проектирование, строительство, эксплуатация) судна или другого объекта мореплавания решения принимаются человеком, поэтому при создании теории необходим учет влияния человека («человеческого фактора») как на процесс обеспечения безопасности мореплавания вцелом, так и на решение каждой конкретной проблемы, связанной с безопасностью.

Резолюция ИМО А.850 (20) призвала всех, кто ответственен за проектирование, строительство, классификацию, эксплуатацию судов осуществлять поиск новых путей и методов решения проблем безопасности мореплавания с учетом «человеческого фактора» как источника нарушений безопасности мореплавания на всех стадиях ее обеспечения. Эта цель, поставленная ИМО и другими международными и отечественными организациями, может быть достигнута только при создании единой теории безопасности мореплавания.

Многообразие существующих подходов к обеспечению безопасности не позволяют проанализировать все научные и практические работы в этой области для использования в качестве базы для создания единой теории безопасности мореплавания. В диссертации проведен аналитический обзор существующих достижений в области обеспечения безопасности мореплавания с позиции судовождения, как основы создания единой теории безопасности, включая работы отечественных ученых М.Н. Александрова, И.А. Блинова, А.С.Васькова, А.Б. Соловьева, В.П.

Кожухова, В.А. Логиновского, В.И. Пересыпкина, C.B. Смолен-цева, иностранных исследователей N.Nordstrem, K.Hasegawa, К. Kijima и многих других.

Детальный анализ существующих достижений в области безопасности мореплавания, проведенный в диссертации показал, что ни один из существующих подходов не может в полной мере быть использован при создании единой теории безопасности мореплавания, так не обеспечивает возможность проследить процесс удовлетворения условий безопасности от проектирования до списания судна. Кроме того, в существующих научных подходах и методах не обеспечивается учет «человеческого фактора» как источника нарушений безопасности мореплавания на всех ее стадиях.

Из представленного анализа вытекает вывод, что эффективное решение существующих проблем безопасности мореплавания может быть осуществлено при создании единой теории безопасности мореплавания. В качестве основной задачи диссертации ставится разработка теории безопасности мореплавания, которая позволяла бы рассматривать приоритетные задачи обеспечения безопасности мореплавания с единых теоретических позиций, определять закономерности и пути нахождения решения основных задач, связанных с обеспечением безопасности мореплавания.

• В рамках единой теории безопасности мореплавания предполагается:

• Создать понятийный аппарат теории безопасности мореплавания, который бы отражал существующие и перспективные задачи обеспечения безопасности на всех стадиях существования и эксплуатации судна.

• Определить основные условия, при которых существуют решения задач безопасности мореплавания.

• Определить общие закономерности поиска, при которых может быть найдено решение задач безопасности мореплавания.

• Определить основные требования к методам решения проблем безопасности мореплавания.

• Найти отражение учета и влияния «человеческого фактора» при решении задач безопасности мореплавания.

• Определить возможности использования единой теории безопасности мореплавания для решения практических задач обеспечения безопасности.

• Проиллюстрировать применение практических методов, основанных на теории безопасности мореплавания для решения конкретных задач безопасности на различных стадиях существования судна.

Во второй главе устанавливаются основные требования к созданию теории безопасности мореплавания.

В общепринятом смысле теория - это система основных идей, форма научных знаний, дающих представление о закономерностях и основных связях реальной действительности. Критериями истинности любой теории является практика. Необходимость разработки теории безопасности мореплавания (ТБМ) обусловлена наличием проблемы, невозможностью ее решения существующими способами, вследствие отсутствия единой теоретической базы, позволяющей решать многофакторную проблему безопасности мореплавания в единой постановке.

Отсюда вытекает научная задача, которую в первую очередь необходимо рассмотреть при создании ТБМ - это возможность разработки единых принципов решения вопросов, задач и проблем безопасности.

Любая задача, в том числе и задача обеспечения безопасности мореплавания должна быть разрешима. Для этого необходимо два основных условия: существование решения и способность его найти. Таким образом, первоочередными целями ТБМ являются: определение закономерностей существования условий безопасности, определение общих закономерностей решения задач безопасности мореплавания (определения, достижения условий безопасности).

С целью обеспечения разрешимости фундаментальных и практических задач безопасности теория безопасности мореплавания, должна опираться на базовые. понятия математики и содержать в себе апробированные методы решения задач безопасности.

Для возможности решения с использованием единой теории большинства приоритетных задач обеспечения

безопасности мореплавания обоснована необходимость создания собственного понятийного аппарата ТБМ. Определения ТБМ:

Объект в ТБМ (в дальнейшем объект) - это совокупность условий, позволяющих реализовать явления в определенном пространстве.

Пространство безопасности в ТБМ (в дальнейшем пространство безопасности) - совокупность элементов окружающей действительности, которые необходимо обезопасить от реализации явлений определенного вида.

Окружающая обстановка в ТБМ (в дальнейшем -окружающая обстановка) комплекс различных, взаимосвязанных и взаимозависимых пространств безопасности, которые могут быть соединены по какому-либо признаку (совокупности признаков).

Явление в ТБМ (в дальнейшем - явление) - совокупность ограничений, наложенных на окружающую обстановку.

Отражение явления в ТБМ (в дальнейшем - отражение явления) - результат взаимодействия того или иного явления и данной окружающей обстановки.

Реализация явления в ТБМ наличие отражений в данной окружающей обстановке.

Действие в ТБМ (в дальнейшем - действие) - это явление, которое производится при участии человека.

Управление в ТБМ (в дальнейшем - управление)-совокупность действий в определенной окружающей обстановке и преследует определенные цели.

Цель в ТБМ (в дальнейшем - цель) - количественные и качественные граничные условия, накладываемые на пространство безопасности.

Цель рассмотрения в ТБМ (в дальнейшем - цель рассмотрения) - поиск отражений по определенному направлению в данной окружающей обстановке.

Направление рассмотрения в ТБМ (в дальнейшем -направление рассмотрения) — совокупность отражений явлений, объединенных по какому-либо признаку при наложенных ограничениях.

Грани объекта в ТБМ (в дальнейшем — грани объекта) — граничные условия сохранения безопасности объекта в определенном пространстве безопасности, (количественные и/или качественные ограничения), нарушение которых вызывает нарушение принятых норм безопасности.

Существенные изменения в ТБМ (в дальнейшем -существенные изменения) - нарушение граничных условий сохранения безопасности.

Физические границы в ТБМ (в дальнейшем -физические границы) - минимальные грани для данного объекта в конкретном пространстве безопасности.

Используя перечисленные понятия, сформулированы и доказаны следующие Утверждения ТБМ. УТВЕРЖДЕНИЕ 1:

Пусть имеется объект, обладающий системой управлений, часть из которых после своей реализации, ограничена физическими границами объекта в данном пространстве безопасности, а часть выходит за их пределы. Пусть пространство безопасности, в рамках которого объект существует, превышает физические границы объекта.

«Существует зона безопасного управления объектом, которая не вызывает существенных изменений в пространстве безопасности».

Зона безопасного маневрирования (ЗБМ) - зона, в пределах которой объект не оказывает влияния на окружающее пространство безопасности.

СЛЕДСТВИЕ 1 Утверждения 1 ТБМ.

«Для существования зоны безопасного маневрирования достаточно, чтобы между физическими границами объекта и окружающей обстановкой существовала функциональная непрерывная зависимость».

Это следствие может быть сформулировано и другим образом. Безопасность объекта или явления объективны (т.е. могут быть обеспечены всегда), задача состоит лишь в том, чтобы определить условия обеспечения безопасности. Этим условием является определение функциональной зависимости между источником опасности и объектом или явлением, которые могут быть подвержены опасности.

Сделаны выводы о том, что при наличии функциональной связи любая задача, связанная с безопасностью объекта или явления имеет решение и для любой задачи обеспечения безопасности это решение может быть найдено.

Иллюстрация Следствия 1 Утверждения 1

Р(х)(параметр, характеризующий окружающую обстановку)

D(F(x))

Окрестность в окружающей обстановке

X (параметр, характеризующий объект)

DM

Зона в области определения фуякцви

F(x) — функциональная зависимость, связывающая объект окружающую обстановку

D(x) - зона, в пределах которой объект не оказывает влияние на окружающую обстановку, при заранее заданном параметре D(F(x))

Рис. 1

Из Утверждения 1 получены и другие следствия.

СЛЕДСТВИЕ 2 Утверждения 1.

«Всегда может быть найдено управление, которое после своей реализации не оказывает влияния на окружающее пространство, если это пространство больше или равно физическим границам объекта».

СЛЕДСТВИЕ 3 Утверждения 1.

«Существуют условия, со стороны окружающего пространства, которые позволяют объекту находиться в состоянии, не оказывающем. влияния на окружающее пространство».

СЛЕДСТВИЕ 4 Утверждения 1.

«Управления и другие условия, в рамках которых объект не оказывает влияние на окружающее пространство, могут быть определены».

СЛЕДСТВИЕ 5. Утверждения 1.

«Может быть подобрано окружающее пространство, в котором объект не оказывает на него влияния».

Далее рассмотрен вопрос об определении параметров окружающих обстановок в ТБМ, в рамках которых может быть обеспечена безопасность.

УТВЕРЖДЕНИЕ 2.

«Для перехода из одной окружающей обстановки в другую необходимо иметь хотя бы одну общую границу (грань)».

УТВЕРЖДЕНИЕ 3.

«Цель рассмотрения может приблизить различные окружающие обстановки до появления у них общей границы (граней)».

СЛЕДСТВИЕ 1 Утверждения 3.

«Найденная таким образом грань может быть «реальной» или «мнимой». Реальная грань представляет собой отсутствие разрывов функции в данной точке».

. Мнимая грань появляется при наличии того или иного вида разрыва.

УТВЕРЖДЕНИЕ 4.

«Проявление «реальной» грани может быть описано непрерывной функцией, появление же мнимой грани, требует привлечения дополнительных целей и установления дополнительных окружающих обстановок».

СЛЕДСТВИЕ 1 Утверждения 4.

«Наличие мнимой грани указывает на несовпадение окружающих обстановок и наличие промежуточных переходов. ■ (Наличие мнимой грани характеризуется невозможностью функционального непрерывного описания связи между объектом и пространством безопасности)».

СЛЕДСТВИЕ 2 Утверждения 4.

«Нахождение мнимой грани приводит к необходимости задаваться определенными допущениями о характере взаимодействия между отдельными параметрами теории безопасности (в судовождении такими допущениями являются «белый шум», нормальное распределение и т.п.)».

Для обеспечения строгого математического доказательства основных Утверждений ТБМ установлена связь между категориями ТБМ и базовыми понятиями математики, в частности, вопросами непрерывности функций в математическом анализе. В диссертации показано, что если понятия ТБМ определены в вещественной области, то они соответствуют основным положениям непрерывности функций в математическом анализе.

Используя это, приведено математическое доказательство основных Утверждений ТБМ в виде Теорем 1 и 2, доказанных в категориях математического анализа.

Теорема 1.

«Из любой функциональной зависимости можно выбрать участок, не содержащий разрыва второго рода ».

Теорема 1 является математическим доказательством Утверждения 1 (ТБМ). Под физическими границами (минимальными гранями, пересечение которых не вызывает нарушений условий безопасности) следует понимать заранее заданное Е. Под аргументом произвольной функцией объект, обладающий системой управлений, которые находят после своей реализации находят отражения либо внутри диапазона, ограниченного Е, либо вне его границ.

Для математического доказательства возможности представления в рамках ТБМ большинства задач безопасности установлена связь между ТБМ и базовыми понятиями математики (функция, непрерывность и т.п.).

Расширено математическое представление сложной функции, которое обычно основывается на принципе суперпозиции двух или нескольких функций.

Введено понятие степень сложности функции по степени охвата ее значениями вещественной области (см. Рис.2). В

соответствии с данным понятием функция F(x) имеет большую степень сложности, чем функция Fl(x), т.к. она охватывает своими значениями большую часть оси вещественных чисел R.

Рис.2

Доказана следующая Лемма.

«Последовательность значений произвольной функции, определенной в вещественной области, является последовательностью аргумента, как минимум, равной по сложности функции».

Применительно к ТБМ эта Лемма является математическим доказательством того, что в категориях ТБМ может быть представлена любая задача безопасности, определенная в вещественной области.

Для обеспечения строгого математического доказательства других Утверждений ТБМ и Следствий установлено, что с позиции математики, они могут быть могут быть сведены к выяснению возможности определения точных верхних и нижних граней функции на определенном промежутке.

Доказана следующая теорема с использованием базовых понятий математического анализа.

Теорема 2.

«Значения верхних и нижних граней функции на участке, не содержащем разрыва второго рода, могут быть определены».

Показано, что Утверждения и Следствия к ним, сформулированные в Главе 1, с учетом сделанных выше

замечаний, являются аналогами теоремы 1, леммы и теоремы 2, сформулированными в понятиях ТБМ.

Установлено, что если любые взаимозависимости в рамках ТБМ определяются в области вещественных функций, то для них справедливы доказанные теорема 1, теорема 2 и лемма. К ним применимы и другие основные теоремы математического анализа.

Таким образом, в главе 2 разработаны основные положения теории безопасности мореплавания (ТБМ), которые дают возможность сделать следующие основные выводы:

1. Любая задача безопасности, определенная в вещественной области, может быть представлена в понятиях ТБМ

2. Для обеспечения безопасности существуют объективные возможности, (задача обеспечения безопасности, представленная в понятиях ТБМ, имеет решение в виде зоны безопасного маневрирования в понятиях ТБМ);

3. Для того, чтобы найти решение задачи в понятиях ТБМ в виде зоны безопасного маневрирования, необходимо определить функциональную зависимость между «объектом» и «пространством безопасности» в понятиях ТБМ в вещественной области.

4. Основные положения ТБМ в виде Утверждений ТБМ и Следствий к ним имеют математическое доказательство и могут быть использованы для поиска решений задач безопасности мореплавания в виде зон безопасности для заранее заданных условий.

В третьей главе положения ТБМ развернуты для обеспечения прикладных решений практических задач.

Определены основные соотношения между категориями ТБМ, которые могут быть использованы в решении ряда задач обеспечения безопасности мореплавания (см. Рис.3).

Математическое доказательство основных Утверждений ТБМ и установление связи базовых понятий теории с основными положениями математики позволили записать систему уравнений безопасности. Уравнения безопасности являются математическим отражением сформулированных принципов обеспечения безопасности (предвидеть, наблюдать, действовать). В уравнениях безопасности отражено влияние человеческого фактора как

источника нарушения безопасности, что соответствует требованиям ИМО учитываемых в разрабатываемой теории

г

F(x)<=R

F(x)-F(xo)l<E (1)

х-хо' ^(х) ЗБ(х)=ОП(х)+/Ч*ЗБМ(х) где х - аргумент функции F(x)> значения которого принадлежат области вещественных чисел;

F(x) ~ функция, значения которой лежат в вещественной области;

Е - произвольная, заранее заданная окрестность р

ЗБ(х) - зона безопасности х по отношению к функции

ОП(х) - представляет собой ошибку положения х;

/ч - человеческий фактор;

ЗБМ(х) - зона безопасного маневрирования х.

F(x);

Основные соотношения ТЕМ

F(x)=F(xo-On(x)-3BM(x)) F(x)=F(xo+OrT(x)+3BM(x))

F(xo)

>ч_ -^

Рис. з

В соответствии с Утверждениями ТБМ и их математическим доказательством в виде теорем 1 и 2, приведенным в диссертационной работе, решение системы уравнений (1) существует и может быть получено для любого, заранее заданного Ё.

В главе 3 проанализирована роль «человеческого фактора» в решении задач безопасности, сформулированы общие подходы к формированию и решению уравнений (1) для различных практических задач.

В категориях ТБМ рассмотрена теоретическая проблема возможности переноса найденного решения любой произвольной задачи, связанной с обеспечением безопасности на другую область. Такой подход является одним из перспективных методов, открывающим широкие возможности решения существующих и будущих проблем безопасности.

Сформулировано и приведено доказательство следующего Утверждения ТБМ.

УТВЕРЖДЕНИЕ 5.

«Найденное решение сохранения условий безопасности может быть перенесено в другую окружающую обстановку, если поток направления рассмотрения существует в обоих из них н он непрерывен».

Изложенное свидетельствует, что в главе 3 составлена система уравнений ТБМ, определена роль «человеческого фактора» (/ч) в решении задачи безопасности, установлены общие подходы к решению уравнений безопасности мореплавания, сформулировано Утверждение ТБМ о возможности переноса найденного решения на другие условия обеспечения безопасности.

В четвертой главе приведена апробация ТБМ в виде решения практических задач обеспечения безопасности мореплавания. В качестве примера определены общие принципы построения и контроля математической модели, применимой к задачам обеспечения безопасности мореплавания с позиции ТБМ.

С позиций ТБМ математическая модель объекта и сам объект мореплавания находятся в разных окружающих обстановках. Математическая модель устанавливает связь между реальным объектом и его математическим представлением.

В ТБМ показано, что математическая модель может являться дополнением (доопределением) до пересечения одной или нескольких окружающих обстановок.

С позиции ТБМ, проверка математической модели осуществляется путем нарушения условий ее безопасности, созданием таких ситуаций, при которых она проявляет границы (грани) своего применения, нарушая условия своей безопасности (своей применимости) для конкретных целей.

Проверка математической модели может быть произведена следующим образом:

1. Путем эксперимента - т.е. сознательным созданием нарушения условий безопасности объекта и/или его математической модели для выявления реакции и проявления граней возможного , применения математической модели для описания объекта.

2. Определением соответствия математической модели качественной картине объекта, которую мы наблюдаем без проведения эксперимента.

3. Установлением соответствия результатов расчетов с помощью математической модели количественным характеристикам объекта, которые мы оцениваем.

С использованием уравнений (1) сформулированы прямая и обратная задачи ТБМ.

1)Прямая задача ТБМ заключается в определение зоны безопасности изменения параметра х (ЗБ(х)) для любого, заранее заданного диапазона изменения функции | Р(х)-Р(хо) | <Е. Существование решения этой задачи и возможность его нахождения доказываются теоремами 1,2.

2)Обратная задача ТБМ заключается в определении параметра Е для Р(х), возникающего в результате заданного диапазона изменения аргумента х на участке функции Р(х), не содержащем разрывов второго рода. Возможность получения решения этой задачи также доказывается теоремами 1 и 2.

Путем последовательного решения прямой и обратной задачи ТБМ может быть произведено построение и контроль математических моделей для целей обеспечения безопасности мореплавания, связанных с маневрированием судна, снабжением судоводителя информацией о маневренных характеристиках, решением навигационных задач и обеспечением безопасного

прохода судов по каналам и фарватерам, а также другими задачами.

В качестве примера построения и контроля математической модели приведена подробная процедура использования ТБМ для построения математической модели судна с винтом регулируемого шага (ВРШ) на различных режимах движения, включая режим реверса судна.

Маневрирование судна, оборудованного ВРШ, представляет собой сложную задачу для обеспечения безопасного судовождения. Это связано как с возможностью быстрого осуществления маневра движителем, что является положительным моментом для судоводительского состава, так и с возможностью ранней потери управляемости судна на режимах реверса, что, при отсутствии необходимой информации для судоводителей, может привести к возникновению серьезных аварийных ситуации. С позиции гидродинамики описание реверсирования судна с ВРШ является одной из самых сложных задач, включающей в себя взаимодействия корпуса, движителя и руля судна в нестационарных режимах движения.

Этот пример выбран в качестве иллюстрации возможностей многократного применения положений ТБМ для решения такой сложной задачи, какой является построение математической модели судна с ВРШ на различных режимах движения применительно к целям обеспечения безопасности.

В главе 4 путем решения прямой и обратной задачи ТБМ определены пути и методы построения контроля математической модели судна с ВРШ предназначенной для целей обеспечения безопасности, как задача достижения необходимой точности в количественной и качественной области (см. Рис.4).

Путем решения прямой задачи ТБМ сформулировано и получено выражение для необходимого и достаточного условия сохранения управляемости судна при реверсе ВРШ, обеспечивающее наличие необходимой силы на руле в течение всего процесса торможения судна. Определены способы и методы контроля математических моделей, предназначенных для целей обеспечения безопасности судна и акватории, путем решения прямой и обратной задачи ТБМ.

Сопоставление качественной и количественной картины ВРШ при реверсе

йГ^

Î^mwijiTbî ШМШй**'-

-ИДИ« t^u M«*«дагьгдайВ^^М® *t= -e.lBS

¡¿t* в.«гг

ш

Яч*«»(Г<1 «ЦП«

wtan«-

■1>1»И»М|.»» >щци Сим л*, jp^me

Рис. 4

С использованием математической модели судна с ВРШ получены практические результаты, которые предназначены для решения конкретных задач обеспечения безопасности в различных ситуациях как следствие теорем 1 и 2.

Углы перекаладки лопастей ВРШ из условия сохранения управляемости

Относительная поступь

Рис. 5

Примеры некоторых практических результатов, которые получены с помощью созданной математической модели для судов, оборудованных ВРШ, представлены на Рис. 5, 6, 7.

Зависимость угла перекладки лопастей ВРШ от скорости при маневре "Стоп -главный двигатель"

Скорость судна в узлах

Рис. 6

Диаграмма управления т/х «Смоленск» при реверсе

а

Рч «

и се

2,5

1,5 1

0,5 О

1 6 11 16 Скорость судна в узлах Рис. 7

Таким образом, в главе 4 диссертации приведены практические методы решения задач обеспечения безопасности с использованием ТБМ, а также сформулированы прямая и обратная задача ТБМ, решение которых существует и может быть найдено.

На примере создания, контроля и использования для целей безопасности мореплавания математической модели судна с ВРШ показана возможность применения прямой и обратной задачи ТБМ для решения различных задач безопасности.

В пятой главе приведены примеры решений разнородных практических задач с использованием ТБМ для ее апробации в различных областях обеспечения безопасности мореплавания.

Путем использования прямой и обратной задачи ТБМ обоснована необходимость дополнения судовой информации о маневренных характеристиках, регламентированной Резолюцией ИМО А.601(15), программой для судовой персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) для проведения конкретных расчетов.

До настоящего времени не известно ни одного аналога подобному подходу к решению этих задач для обеспечения безопасности судна. Основная его идея заключается в разработке частных математических моделей конкретного судна, которые позволяют судоводителю получать информацию о маневренных характеристиках при различных вариантах посадки и загрузки, а также при конкретном влиянии внешних факторов.

Разработанные математические модели представлены в виде программного комплекса для судовых персональных ЭВМ, который позволяет судоводителю быстро и надежно получать необходимую информацию для обеспечения безопасности судна при решении задач, связанных с маневрированием судна.

При разработке частных математических моделей применялись единые методы предложенной ТБМ. Программный комплекс создавался для каждой отдельной серии судов, получал одобрение Регистра Судоходства и становился частью информации о маневренных характеристиках судна. Для практического решения задач обеспечения безопасности судна при выполнении того или иного маневра судоводителю необходимо ввести исходные данные, характеризующие состояние судна и акватории в ПЭВМ. Интерфейс данного программного комплекса представлен на Рис. 8.

По данному методу была разработано дополнение к информации о маневренных характеристиках для пяти серий судов Балтийского морского пароходства, в которые входило около 50 судов.

Создание такого программного комплекса и его использование для целей безопасности является следствием решения прямой и обратной задачи ТБМ при обеспечении судоводителя информацией о маневренных характеристиках судна.

ТБМ может эффективно применяться для оценки и прогнозирования безопасного движения судна в условиях конкретного водного пути, а также для решения других вопросов,

которые могут возникнуть при эксплуатации морского пути, канала или фарватера, В этом случае может быть использовано понятие зоны безопасного маневрирования ТБМ.

Интерфейс программного комплекса для выполнения требований Резолюции ИМО А 601(15)

ЯРЙГРЙШ РОЖГЙ М88Ш>£НШ

шшшсш

ТЛ

ШОЙЗЩНЯ ЙШ шшш-ш?

Нзн; курса: :ирвн»

10 И

2в 29

Эв чэ

40 57

58' 71

60 86

70 т

88 118

90 136

1Вв

118 т

120 1йа

138 289

148 227

158 246

160 264

т 283

ш 382

т 460

368 - . 566

песо« 8,8 « Угол перекладка 2Ь\8 гр Осадк* «врной 9.в и

Ветер 178.8 гр Скорость автрл 10,в н/с

т

Рис.8

В рамках данной задачи зона безопасного маневрирования (ЗБМ) определяется как зона, в пределах которой судно может безопасно для себя, других судов и акватории совершить маневр, который позволит ему избежать опасности. Использование понятия ЗБМ дает более широкое представление о движении судна, так как объединяет в себе не только обсервации, но и возможное маневрирование судна.

Понятие ЗБМ может обеспечивать непосредственную связь между характеристиками судна, параметрами навигационных средств, особенностями движения, режимом плавания и окружающей акваторией (см. Рис. 9).

Использование ТБМ при оценке безопасности новых

Рис.9

Данное представление ЗБМ использовалось в, выполненных по заданию Департамента мореплавания научно-исследовательских работах по оценке безопасности подходов судов к порту в районе Лужской губы и другим новым строящимся портам на Балтике, а также при определении перспектив создания нового навигационного оборудования.

Одним из примеров использования представлений ТБМ в новой навигационной технике могут являться перспективные средства автоматизированной радиолокационной прокладки (САРП). В настоящее время в САРП, установленных на судах, при оценке ситуации в режиме истинного движения и/или

проигрывании маневра, используется понятие векторов движения судов, соответствующих определенным интервалам времени -1мин, 2мин, Змин...6 мин и т.п. При дополнении этих данных информацией о соответствующих ЗБМ судна, построенных за аналогичный временной интервал появляется возможность заранее, без проигрывания маневра, оценивать ситуацию опасного сближения в зависимости от наличия и расположения других судов.

Совмещение радиолокационной информации в САРП с электронной картой дает возможность полностью контролировать безопасность судна с учетом его возможного маневрирования.

Использование ЗБМ большого количества судов может производиться в береговых радиолокационных станциях (БРЛС). При этом на экране радиолокатора может оцениваться движение большого количества целей с их известными ЗБМ, что позволит оператору БРЛС эффективно проводить наблюдение и оценивать безопасность движения всех судов на акватории.

Предложения по использованию понятия ЗБМ из ТБМ для этих целей были разработаны в рамках научно-исследовательских работ и переданы в Департамент мореплавания как одно из перспективных направлений развития навигационной техники для обеспечения безопасности мореплавания.

Другим примером использования ТБМ является, выполненное по заданию Морской администрации порта Санкт-Петербург (МАП СПб), решение обратной задача ТБМ при оценке необходимых габаритов канала для безопасного прохода судов. В данном случае эта задача представляла собой определение допустимого диапазона изменения функции (необходимой ширины канала) для возможного диапазона изменения аргументов (размеров судов, скоростей движения, внешних факторов и т.п.) от которых она зависит.

Для оценки безопасности прохода судов по каналу, используя ТБМ, были определены критерии, которые позволяют судну осуществлять безопасное движение по каналу, а также определены те условия и возможности, которыми обладает судно для осуществления этого движения.

В качестве основного критерия была принята ширина занимаемой акватории, ' при движении судна в условиях воздействия внешних факторов (ветра, волнения, мелководья и

т.п.). В случае, когда движение осуществляется двумя встречными судами, эта величина складывается из комбинации отстояния каждого из них от границ фарватера, соответствующих величин занимаемой акватории каждым судном (в условиях воздействия внешних факторов и взаимодействия судов друг с другом), а также взаимного расстояния между судами при расхождении.

Возможность осуществления данного движения определяется предельными значениями параметров движительно-рулевого комплекса конкретного судна и конкретными ограничениями, вводимыми со стороны морской администрации порта, обеспечивающей безопасность прохода судов по водным коммуникациям.

По результатам расчетов, в рамках обратной задачи ТБМ, оценивались следующие параметры:

ширина канала, занимаемая судами при встречном расхождении;

предельный угол перекладки руля, необходимый для удержания движения судна на безопасном расстоянии друг от друга и от бровок канала; необходимая и предельная скорость перекладки руля. На основании выполненных расчетов определены безопасные габариты морских коммуникаций для двухсторонней проводки судов и получены важные практические выводы:

1) Для организации двустороннего движения, с учетом существующих ограничений МАП СПб, зависимость ширины морских коммуникаций (Вк) с гарантированной проходной осадкой от длины судна имеет вид

Вк = 28,6 + 0,73Ь, (2)

где Ь - длина наибольшего из расходящихся судов (м).

2) Используемые морские коммуникации, в частности Морской канал Санкт-Петербурга, имеют неоднородную структуру проходных глубин и ширину судового хода (см. Рис.10). Некоторые участки открытой части морского канала уже в настоящее время могут быть использованы для организации безопасного двустороннего движения крупнотоннажных судов. Это может быть сделано с учетом специальных рекомендаций и ограничений, полученных путем решения прямой задачи ТБМ.

расстановка судов на канале

Рис.10

В последующей работе, выполненной по заданию Морской администрации порта Санкт-Петербург путем решения прямой задачи ТБМ, была разработана информационно-справочная система, которая позволяет облегчить осуществление безопасной проводки судов по СПб МК, обеспечив их расхождение на наиболее безопасных участках канала.

Цель данной задачи состоит в том, чтобы обеспечить безопасное расхождение судов на наиболее широких и глубоких участках Санкт-Петербургского морского канала. Основным принципом работы информационно-справочной системы является обеспечение предварительной расстановки судов для прохода по СПб МК с целью их расхождения на наиболее безопасных участках канала. При этом необходимо изменять время входа судов в канал, чтобы его расхождение со встречным судном произошла в наиболее безопасном месте. Таким образом, для каждой пары судов и времени начала движения могут быть найдены «зеленые» и «красные» коридоры (т.е. участки канала, на которых безопасное расхождение может быть осуществлено и участки, где оно опасно по соотношению габаритов канала и характеристик расходящихся судов см. Рис. 11,12).

Использование ТБМ для решения задаем безопасного расхождения судов в СПб МК

Е

Время начале дэ«»мя вСПВ МК

Врем я нвчЁГ в д э«*ежя вСПб МК

Врем Я

в СПб МК

гькиыпфдом* в

Врм Я 0МСМ9МЯ Д»*««»41й

вспе мк

Рис.11

Расстановка судов при проходе Санкт-Петербургского морского канала с использованием «зеленых» и «красных» коридоров.

Зеленый коридор для расхождения

Красный коридор для расхождения

Рис.12-

Расстановка судов при входе Санкт-Петербургский морской канал является прямым использованием положений ТБМ и теорем 1, 2.

ТБМ эффективно использовалась при обосновании необходимости создания и определении характеристик зон безопасного расхождения судов, в случае, если габариты канала не позволяют осуществлять безопасное встречное расхождение судов на всем протяжении канала. В этом случае, согласно положениям ТБМ, может быть произведено изменение направления рассмотрения безопасного движения двух встречных судов по каналу, а с привлечением математики -доопределение функциональной зависимости для избежания разрывов функции на конкретных участках (конкретных участках канала). Из доопределения функциональной зависимости между шириной, необходимой для безопасного расхождения двух встречных судов и существующей шириной канала следует обоснование необходимости создания специальных зон безопасного расхождения судов на отдельных участках канала. Зоны безопасного расхождения судов, созданные на отдельных, участках канала позволят осуществлять на них безопасную разводку судов различных типов и размеров.

В работе, выполненной по заданию МАП СПб, произведено обоснование создания зон безопасного расхождения (ЗБР) судов в акватории большого порта Санкт-Петербург, приведены способы их использования судами и определены необходимые габариты ЗБР, а также участки морских коммуникаций порта, где создание зон безопасного расхождения будет наиболее эффективным путем для обеспечения безопасности движения судов.

Использование положений ТБМ в части зон безопасного расхождения судов может значительно снизить затраты на проведение дноуглубительных операций без уменьшения уровня безопасности движения судов по каналам и фарватерам. Создание ЗБР судов является одним из перспективных методов обеспечения эффективности и безопасности движения.

ТБМ может эффективно использоваться для регламентации и учета человеческого фактора в правилах классификационных обществ и документах ИМО. Проблема учета

человеческого элемента при решении вопросов проектирования и эксплуатации была сформулирована в Резолюции ИМО А.850(20), принятой 27 ноября 1997 года. В ней рекомендуется «правительствам довести данную резолюцию до сведения их представителей ... и способствовать лицам, ответственным за проектирование и эксплуатацию судов в принятии во внимание соответствующих принципов при решении вопросов проектирования и эксплуатации».

Согласно основным положениям ТБМ, для любого, заранее заданного параметра или диапазона значений функции существует зона безопасности аргумента (аргументов) функции, такая, что при нахождении аргумента в зоне безопасности (ЗБ), значения функции не выходят за пределы заранее заданного диапазона (Е). В ТБМ доказаны теоремы 1 и 2, согласно которым, зоны безопасности существуют в любой функциональной зависимости и их границы могут быть определены, если аргументы и значения функции принадлежат вещественной области (Я).

В соответствии с ТБМ, для любой функциональной зависимости могут быть записаны уравнения безопасности (1). Из решения уравнений (1) установлено следующее свойство человеческого фактора: человеческий фактор (1ч) может иметь количественное выражение как выбор доли и направления возможностей по изменению аргумента х (ЗБМ(х)), которые в настоящий момент предоставлены и при которых значения функции не выйдут за пределы заранее заданного диапазона Е.

Таким образом, увеличивая ЗБМ(х), повышаются возможности человека (людей, участвующих в использовании данного параметра Правил РС) не оказывать влияние на результат выполнения функции. Результат выполнения функции (конечный параметр или норматив Правил РС) будет находиться в заранее заданных, необходимых пределах I Р(х)-Р(хо) I <Е. Это соответствует требованиям Принципов Резолюции ИМО А.850(20): «... в процессе выработки правил следует признавать, что должны всегда присутствовать адекватные условия, чтобы «ошибка одного человека» не привела к аварии при применении этих правил».

Теоремами 1, 2 ТБМ доказано, что ЗБ(х) существует для любого заранее заданного диапазона значений функции I Р(х)-Б(хо) | <Е и границы ЗБ(х) могут быть определены. Это означает,

что для любого числового параметра или норматива, используемого в Правилах Регистра, существует зона безопасности ЗБ(х) значений аргументов, от которых зависит этот норматив или параметр. Такая зона, что как только значения аргумента находятся в этой зоне безопасности, значения норматива, используемого в Правилах РС, не выходят за пределы заданных заранее ограничений Е.

Как следует из (1) в составляющих ЗБ(х) учтен человеческий фактор (&), который может быть оценен и подлежать нормированию. Использование ТБМ дает возможность и методы учета и нормирования человеческого фактора в Правилах Регистра, документах ИМО и т.п.

В работе показано, что ТБМ может использоваться при решении задач проектирования новых типов судов для безопасного движения по конкретным маршрутам, а также как метод решения различных задач, связанных с обеспечением безопасности судна в его будущей эксплуатации.

В качестве иллюстрации рассмотрен следующий пример. Безопасная эксплуатация современного транспортного судна во многом зависит от умения прогнозировать результаты выполнения маневров с использованием математического моделирования. Традиционным способом получения параметров математической модели судна является использование теоретических исследований и результатов модельных экспериментов с использованием ротативных установок и планарных механизмов. Дня уточнения, математической модели движения судна используется сопоставление натурных данных с результатами расчетов по математической модели с использованием методов идентификации. Идентификация математической модели, в данном случае, понимается как способ восстановления или уточнения математической модели движения по результатам измерений кинематических характеристик движения судна. Однако основной целью математического моделирования для обеспечения безопасности судна является получение достоверных результатов конечных расчетов с помощью математической модели, а не точное выявление ее параметров или структуры.

В разработанной ТБМ доказывается Утверждение 3, которое может быть применено к общим проблемам безопасности мореплавания, в том числе и проблемам использования

математического моделирования для прогнозирования движения судна: «Цель рассмотрения может приблизить различные окружающие обстановки до появления у них общих граней». Применительно к математическому моделированию движения судна и проблемам идентификации это положение может быть интерпретировано следующим образом - для получения близких по значениям конечных результатов вычисления, в определенном диапазоне, могут быть использованы уравнения, содержащие различные параметры или различную структуру.

Для проверки этого Утверждения ТБМ проведен численный эксперимент, который заключался в том, что для известной модели A.M. Басина получены результаты вычислений кинематических характеристик выполнения трех маневров -зигзага, циркуляции и спирали.

<

г

= Ч21Р + +

(3)

а г

После этого уравнения, содержащие кинематические характеристики, подвергались процедуре идентификации методом дифференциальной аппроксимации. Различие между параметрами уравнений (3), которые были использованы при первоначальном расчете и параметрами, полученными после процедуры идентификации (по результатам первоначального расчета), достигало 100%, однако, при этом сохранялся их знак (см. Рис.13). Затем, в уравнения (3) подставлялись значения параметров, которые были получены после процедуры идентификации, и производился расчет кинематических характеристик движения судна, аналогичный первоначальному расчету. В результате были получены результаты расчета угла, дрейфа, курса судна, которые практически не различаются с результатами первоначального расчета по уравнениям (3), содержавших начальные значения параметров(см. Рис. 14). Таким образом, для одних и тех же уравнений движения судна (3), содержащих параметры, которые соответствуют по знаку, но значительно различаются по величине, получены практически неразличимые результаты вычисления кинемати-

ческих параметров, что соответствует указанному выше Утверждению ТБМ (см. Рис. 13, 14).

Сопоставление расчетных и идентифицированных коэффициентов уравнений (3) по различным маневрам

—Циркуляция —о—Зигзаг •—'—Спираль «Расчетные Рис. 13

Расчет параметров зигзага для коэффициентов уразнения (3) после идентификации и сопоставление с расчетом до идентификации

•Угон Др«йф» рармпаваУтт СЮрдСТк УГО» Л*р((ШО руЛЯ

• К/рсеудм« ---■ —— Упы«р«<Ца1 __ ,_ .. Курс еудн» 1

•Углом* сюрост» I - - - - - — Утод л(р*иадк РМ" 1

Рис. 14

Это является подтверждением тому, что ТБМ может использоваться не только как доказательство принципиальной возможности достижения результатов в области обеспечения безопасности мореплавания, но и как метод получения новых научных и практических данных.

Использование ТБМ применительно к прогнозированию движения судна дает широкие возможности поиска нетради-

ционных решений существующих и перспективных задач. С использованием ТБМ могут быть рассмотрены и другие проблемы, решение которых с других позиций, вне ТБМ, не может быть найдено. В работе приводятся примеры дальнейшего развития возможностей ТБМ как метода решения задач обеспечения безопасности мореплавания.

Разнородность практических задач, представленных в пятой главе диссертации показывает значительные возможности ТБМ для решения практических задач обеспечения безопасности мореплавания.

Обоснован вывод о том, что представление любой задачи, связанной с обеспечением безопасности в понятиях ТБМ поможет найти гарантированное решение в виде конкретной зоны безопасности (система уравнений (1)), что доказано Утверждениями и теоремами ТБМ.

Представление решений различных задач безопасности, найденных другим путем, в понятиях ТБМ может служить дополнительным подтверждением полученных результатов или служить их опровержением в случае, если они расходятся с основными положениями ТБМ. Представление в понятиях ТБМ может быть прямым или дополнительным решением (для контроля корректности полученных результатов) приоритетных задач, связанных с обеспечением безопасности мореплавания.

В шестой главе определены научно прогнозируемые на основе ТБМ перспективы решения задач безопасности мореплавания.

Заключение.

1. В диссертации разработана теория безопасности мореплавания (ТБМ), которая может быть применена для решения задач безопасности на различных этапах существования судна и других объектов мореплавания и позволяет установить основные закономерности, а также условия существования и нахождения решений задач безопасности мореплавания.

2. Доказано, что большинство приоритетных задач безопасности могут быть охвачены понятиями и положениями ТБМ.

У. Установлено, что если задача обеспечения безопасности представлена в понятиях ТБМ, то ее решение в, частности в

форме, форме зоны безопасности (ЗБ) существует и может быть найдено.

4. В рамках ТБМ доказано, что основным требованием для обеспечения безопасности является наличие функциональной зависимости между объектом или явлением, подвергаемым опасности и объектом или явлением, представляющим опасность.

5. С использованием ТБМ определена структура уравнений безопасности и приведены способы их решения. Определена роль «человеческого фактора» в обеспечении безопасности и получена его количественная оценка.

6. Установлена роль математической модели объекта и/или явления в задачах обеспечения безопасности и основные требования, которым она должна соответствовать с позиции ТБМ.

7. Приведены иллюстрации использования ТБМ при решении практических задач. В частности, получены следующие основные результаты:

А) С использованием ТБМ определены принципы осуществления торможения судна, оборудованного ВРШ применительно к обеспечению безопасности судна и акватории. Установлены требования к математическим моделям, которые должны использоваться для исследования процесса реверса судна с ВРШ с позиции ТБМ. Сформулированы принципы комбинированного управления ВРШ и рулем судна на режимах реверса для обеспечения безопасности судна и акватории во время осуществления маневра. Определены подходы' к оценке управляемости судна на режимах реверса, получены необходимое и достаточное условия управляемости судна на режимах реверса, разработаны рекомендации по перекладке лопастей ВРШ при торможении без потери управляемости, в том числе и для аварийных случаев. Определены условия осуществления реверса судна с целью занятия наименьшей акватории, проведены модельные и натурные эксперименты, подтверждающие достоверность полученных результатов.

Б) В целях выполнения требований Резолюции ИМО А.601(15), используя ТБМ, обосновано включение в состав информации о маневренных характеристиках судна программ для судовых ПЭВМ. Эти программы позволяют получать необходимые данные для обеспечения безопасности для определенного состояния судна и окружающей акватории, и решать конкретные

задачи безопасности. Созданы и внедрены программные комплексы для выполнения требований Резолюции ИМО А.601(15) на судах, создана методика адаптации программных комплексов к конкретным судам на базе отдельных экспериментов.

В) При решении проблем безопасности региональных систем мореплавания, с использованием ТБМ, разработаны принципы оценки безопасности плавания при подходах к новым портам на Балтике. По заданию Морской администрации порта Санкт-Петербург разработаны методики комплексной оценки минимальной ширины Санкт-Петербургского морского канала для безопасной двухсторонней проводки судов, выработаны конкретные рекомендации по обеспечению безопасного прохода судов по Санкт-Петербургскому морскому каналу.

Г) Определены ближайшие перспективы решения проблем безопасности мореплавания с использованием основных положений ТБМ. Определены возможности использования положений ТБМ на стадиях проектирования судна для решения задач обеспечения безопасности и включения их в состав норм ИМО и Правил классификационных обществ, а также для решения других задач безопасности.

Публикации по теме диссертации:

1. Ершов A.A. Прогноз эксплуатационных качеств судна по результатам маневренных испытаний // Проблемы совершенствования комплексных методов прогнозирования мореходных качеств судов: Тез. докл. Всесоюз. Научно-технической конференции (Крыловские чтения). 1987. с.53-54.

2. Кацман Ф.М., Ершов A.A., Прогноз реверсивных характеристик судна в эксплуатации // Проблемы совершенствования комплексных методов прогнозирования мореходных качеств судов: Тез. докл. Всесоюз. Научно-технической конференции (Крыловские чтения). 1987. -с.59-60.

3. Кацман Ф.М. и др. Теория и устройство судов: Учебник, п.73 совместно с Кацманом Ф.М., гл.12.-Л.: Судостроение, 1991.416 с.

4. Кацман Ф.М., Ершов А.А.О необходимости комплексного подхода к решению задач управления судном. - В кн. Проблемы безопасности мореплавания. -М.:В/0 «Мортехинформрекпама», 1988. -с. 43-45.

5. Кацман Ф.М., Ершов A.A. Особенности реверсирования судна с ВРШ. -Судостроение, 1990, № 5, с. 10.

6. Кацман Ф.М., Ершов A.A. Влияние выбора курса судна на информацию о маневренных элементах. // Проблемы безопасности мореплавания. -М.: В/О «Мортехинформрекпама»,-с.44-46.

7. Кацман Ф.М., Ершов A.A., Семенов А.Г. Влияние особенностей торможения на движение судна при реверсе II Проблемы безопасности мореплавания. -М.: В/О «Мортехинформреклама», 1990. -с.45-47.

8. Ершов A.A. Сравнительный анализ некоторых существующих методов определения параметров реверса. -М.: В/О «Мортехинформреклама», 1990. -с.48-50.

9. Ершов A.A. Дополнительные нагрузки на корпусе судна на режимах реверса. // Физико-математическое моделирование при решении проблем гидроаэромеханики и динамики судов и средств освоения мирового океана: Тез. докл. Всесоюзн. научно-технической конференции (Крыловские чтения). 1989. с.40-41.

10. Кацман Ф.М., Ершов A.A. Определение условий реверсирования ВРШ без потери управляемости // Физико-математическое моделирование при решении проблем гидроаэромеханики и

динамики судов и средств освоения мирового океана: Тез. докл. Всесоюзн. научно-технической конференции (Крыловские чтения). 1989. с.41-42.

11. Ершов A.A., Филиппов И.И. Методический подход к исследованию динамики швартовных операций // Методы прогнозирования и способы повышения мореходных качеств судов и средств освоения океана: Тез. докл. Всесоюзн. научно-технической конференции (Крыловские чтения).1991.-с.38.

12. Кацман Ф.М., Ершов A.A., Филиппов И.И. Математическая модель движения судна как форма представления информации о маневренных элементах судна // Методы прогнозирования мореходных качеств судов и средств освоения океана: Тез. докл. Всесоюзн. научно-технической конференции (Крыловские чтения). 1991. -с.47.

13. Кацман Ф.М., Ершов A.A. Судоводителю о реверсе судов. М.: «Мортехинформреклама». 1991. -45 с.

14. Кацман Ф.М., Ершов A.A., Филиппов И.И.К вопросу о построении математической модели отшвартовывающегося судна: Методы и технические средства морского судовождения. Сборник научных трудов. -М.: В/О «Мортехинформреклама», 1991. с.43.

15. Разработка требований к мощности на винте вновь строящихся для БМП судов с учетом их дальнейшей эксплуатации. Отчет о НИР (заключительный) / Отчет по теме 1564 ГМА№ ГР 019000350206.Л.1990 г.

16. Вопросы статики и управляемости судна в эксплуатации. Решение отдельных задач безопасности мореплавания методами теории судна. : Госбюджет заключительный - ЛВИМУ № ГР 01870044179, Л.1989 г. 69 с.

17. Исследование гидродинамических характеристик гребных винтов в эксплуатации и разработка разделов отраслевого стандарта «Винты гребные металлические»: Отчет о НИР (заключительный) / Отчет по теме № 1356 - ЛВИМУ: № ГР 01870016654. Л. 1987 г.

18. Расчет достаточности рулевого устройства т/х типа «Капитан Гаврилов». Отчет ЛВИМУ, 1988 г.

19. Вопросы статики и управляемости судна в эксплуатации. Алгоритмы и программы для решения отдельных задач

безопасности мореплавания. Госбюджет заключительный -ЛВИМУ № ГР 01870044179, Л. 1990 г.

20. Ершов A.A. Новые подходы к оценке безопасности движения судов в узкостях // Современные проблемы теории корабля: Тез. докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1995 г.). 1995. -с.56.

21. Ершов A.A. Современные способы обеспечения судоводителей информацией о маневренных характеристиках // Современные проблемы теории корабля: Тез. докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1995 г.). 1995.-c.57.

22. Ершов A.A., Кацман Ф.М. Электронный прибор безопасности судна // Современные проблемы теории корабля: Тез. Докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения). 1995. -с.111.

23. Разработка обобщенной методики априорной количественной оценки навигационной безопасности заданной региональной системы мореплавания. Отчет по теме 52.27.41-94 -Отделение РЭТАТ.

24. Количественная и качественная оценка навигационной безопасности морских путей в месте строительства нового морского порта в районе Санкт-Петербурга. Отчет по теме 52.26.41-94 - Отделение РЭТ AT.

25. Разработка и внедрение математической модели т/х РО-ЗО и Р0-60 для расчета информации о маневренных характеристиках на судовых ПЭВМ (Резолюция ИМО А.601(15)). Отчет по теме 1611.ГМА им.адм. С.О.Макарова 1990 г.

26. Разработка и внедрение математической модели т/х «Ильич» для расчета информации о маневренных характеристиках на судовых ПЭВМ (Резолюция ИМО А.601(15)). Отчет по теме 1698.ГМА им.адм. С.О.Макарова 1992 г.

27. Навигационная безопасность движения судов к проектируемому порту в Лужской губе. Отчет Отделения РЭТ Академии транспорта РФ. СП6Д992 г.

28. Навигационное обеспечение безопасности мореплавания на подходах к порту Усть-Луга. Научно-техн. отчет Отделения РЭТ Академии транспорта РФ. СПб, 1992 г.

29. Ершов A.A. Влияние особенностей работы ВРШ на силы на руле в режиме «толчок». // Проблемы мореходных качеств

судов и корабельной гидромеханики: Тез. докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1997 год), с.92

30. Ершов A.A. Использование приближенной теории ВРШ на режимах реверса для расчета поля скоростей вокруг гребного винта. // Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики: Тез. докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1997 год), с. 81

32.Кацман Ф.М., Ершов A.A., Анисимов А.Н., Филиппов И.И. Практические методы определения параметров торможения и их использование с учетом влияния работы винта. // Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики: Тез. Докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1997 год), с. 80

33. Ершов A.A. Использование элементов теории безопасности для расчета маневренных качеств судна // Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики: Тез. Докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1997 год), с.92

34. Разработка информационной справочной системы, по судам, совершающим заходы в порт Санкт-Петербург. Отчет по теме МА-352. 1998.

35. Разработка рекомендаций для МАП Санкт-Петербурга по определению возможности безопасной проводки судов с учетом их конкретной загрузки и гидрометеорологических ограничениях. Отчет по теме МА-71. 1997.

36. Оценка минимальной ширины коммуникаций для двухсторонней проводки судов и максимального количества судо-заходов в порт Санкт-Петербург. Отчет по теме МА-70.1997 г.

37.Ершов A.A. Перспективы развития информации о маневренных характеристиках на судах. ГМА им. адм. С.О.Макарова. Юбилейная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и курсантов (15-19 апреля 1997 года). Тезисы с. 5.

38. Разработка научно-технического обоснования по необхот димости строительства второго морского канала в порт Санкт-Петербург и выработка рекомендаций по поддержанию его состояния. Отчет по теме МА-411.Российская Академия транспорта. Отделение РЭТ AT.

39. Ершов A.A. Использование элементов теории безопасности мореплавания для прогнозирования движения судна. //Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики: Тез. докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1999 год), с.80.

40. Ершов A.A. Определение маневров, обеспечивающих максимальную возможность прогноза кинематических характеристик движения судна при наличии ошибок навигационных измерений. // Проблемы мореходных качеств судов и корабельной гидромеханики: Тез. докладов научно-технической конференции (Крыловские чтения 1999 год), с.82.

41. Ершов A.A. Теория безопасности мореплавания и ее применение для решения практических задач. Тез. докладов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и курсантов, ГМА, 1999 г. с.13.

42. Ершов A.A. Использование теории безопасности мореплавания для учета человеческого фактора в правилах Регистра //Науч.-техн. сб. Российского морского Регистра Судоходства. Вып. 22. СПб, 1999, С. 42-48.

Подписано в печать 17. 05. 2000г. Объем: 2,75 усл.-печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 204

ГМА им. адм. С. О. Макарова 199106 Санкт-Петербург, Косая линия, 15-а