Методология обеспечения безопасности транспортных средств (16.01.2012)

Автор: Стариченков Алексей Леонидович

– управляющее воздействие.

Функция системы управления движением СВП состоит в определении минимального значения компенсирующего воздействия U*j, расширяющего область устойчивых движений G до величины G*j таким образом, что прогнозируемый вектор состояния xk(G*j. В связи с тем, что система управления движением рассматриваемого объекта включает единственный орган ограниченной мощности, при выходе переменных состояния за границу области устойчивости мощности управления может не хватить для того, чтобы быстро изменить характер движения. Поэтому для предотвращения потери устойчивости и, как следствие данной потери, возникновения аварийной ситуации следует прогнозировать диапазон изменения переменных состояния. Прогнозирование ведется по дискретной модели, полученной путем линеаризации системы (16) в окрестности состояния объекта x(t0), для момента времени t0 :

– их приращения на шаге дискретизации; A(t0), B – матрицы параметров, вычисленных в момент t0 и постоянных (как и (U) при t([t0, t0+h ].

Для проверки работоспособности разработанного алгоритма моделировался процесс разворота СВП на высокой скорости V0 = 50 узлов. Этот процесс сопровождался резким увеличением угла рыскания и дрейфа, значения которых на момент начала маневра были приняты равными соответственно ( = 20( и ( = 10(. Начальное значение шага винтов изменяемого шага (ВИШ) (ВИШ = 25(. Значение коэффициентов aij, bij принимались равными соответствующим значениям из табл. 1.

Таблица 1. Значения коэффициентов модели (16)

Значения коэффициентов математической модели горизонтального движения СВП

a11 a1 a2 a3 a22 b11 b21

-0.0917 -2.778 -0.3472 17.083 -0.475 0.764 0.075

Подставляя в выражение для границы области устойчивости (15) имеющиеся начальные условия, получим, что для сохранения устойчивого (безаварийного) движения в данном режиме необходимо обеспечить выполнение следующего условия относительно угла дрейфа: ( ( 27(. В результате моделирования было установлено, что значения кинематических параметров изменяются от (0 = 10( и (y0 = 6(/с до ( = 52( и (y0 = 9(/с. При отсутствии предлагаемого алгоритма предотвращения аварий данный режим движения неминуемо привел бы к опрокидыванию ТрС. Однако, спрогнозировав заранее момент выхода вектора состояния за пределы исходной области устойчивости, получаем запас времени, необходимый для осуществления расширения области устойчивости до величины, которая характеризует безопасный режим движения – снижение скорости до значения V = 40 узлов и уменьшение угла упора ВИШ до значения (ВИШ = 10(.

Запас времени, получаемый в результате данного подхода к построению алгоритма управления движением высокоскоростного ТрС в аварийных ситуациях и определяемый разностью между длиной интервала прогнозирования и временем, затрачиваемым бортовой ЦВМ для расчета границы области устойчивости, позволяет осуществлять плавное изменение управляющих воздействий. В данном случае на изменение скорости движения ТрС на величину (V = 10 узлов и уменьшение угла упора ВИШ на величину ((ВИШ = 15( затрачено около четырех секунд, что является вполне приемлемым, учитывая то, что система следящего управления ВИШ имеет скорость изменения шага винта около 5(/с. Полученные результаты свидетельствуют о правильности построения предлагаемого алгоритма и предопределяют целесообразность его использования в дальнейшем для повышения безопасности движения других типов транспортных средств, обладающих ограниченной областью устойчивости.

В шестой главе рассмотрены особенности обеспечения безопасности объектов транспортировки – пассажиров и грузов – в местах их дислокации. Сформулированы фазы зарождения и развития аварии на ТрС, подтверждающие необходимость организации предаварийного контроля – наблюдения за состоянием источника опасности для обеспечения пожарной безопасности пассажиров и грузов. Представлен перечень признаков-предвестников загораний и взрывов в помещениях транспортных средств, а также перечень методов и средств их обнаружения, подтверждающие необходимость размещения современных средств раннего обнаружения пожара непосредственно в зоне потенциального источника его возникновения. Сформулированы недостатки существующих средств обеспечения информационной безопасности в условиях пожара, а также достоинства электромагнитных волноводов, подтверждающие целесообразность использования последних для повышения безопасности объектов транспортировки в местах их дислокации при тепловых воздействиях. Разработан критерий оценки безопасности эвакуации пассажиров, позволяющий оценить время, которым располагает экипаж для проведения соответствующих мер по обеспечению безопасности людей и груза.

Граф состояний и переходов, соответствующий процессу развития аварии при пожаре, представлен на рис.10. Цифры, представленные на рисунке 10, соответствуют следующим состояниям: 1 - нормальная эксплуатация; 2 - пожар в помещении; 3 - пожар потушен до наступления температуры t1; 4 - пожар не потушен до наступления температуры t1; 5 - пожар потушен до наступления температуры t2; 6 - пожар не потушен до наступления температуры t2; 7 - пожар потушен до наступления температуры t3; 8 - пожар не потушен до наступления температуры t3; 9 - пожар потушен до наступления температуры t4; 10 - пожар не потушен до наступления температуры t4; 11 - пожар потушен до наступления температуры t5; 12 - пожар не потушен до наступления температуры t5; 13 - пожар потушен до наступления температуры t6; 14 - пожар не потушен до наступления температуры t6;

Рис.10 Граф состояний и переходов

Представленному на рис.10 графу соответствует следующая система дифференциальных уравнений:

можно найти искомые значения вероятностей.

В качестве критерия пожароопасности помещения целесообразно использовать следующее выражение:

- процентное содержание кислорода в атмосфере; 12 - процентное содержание кислорода, при котором прекращается огонь.

В качестве эффективного средства повышения безопасности объектов транспортировки в местах их дислокации предлагается использовать системы информационной поддержки (СИП) принятия решений руководителей по борьбе с авариями ТрС. Разработаны и представлены функциональные требования к СИП принятия решений при борьбе за живучесть (БЗЖ) водного ТрС, выделен перечень задач, решение которых необходимо автоматизировать, определены цель и принципы построения данной системы. В качестве языка описания информационных моделей для решения задач борьбы за живучесть ТрС предлагается использовать язык описания семантических сетей. Представление знаний о решения задач борьбы с авариями предлагается реализовать с помощью продукционных правил, представляющих собой выражения вида:

B; N,

B – ядро продукции; Р – условие применимости ядра продукции; N – постусловие продукции.

Обоснована необходимость использования при формировании моделей объектов ТрС идентификаторов, функционального, структурного, конструктивного, топологического, организационного и информационного описания, а также описания состава, способов и видов управления ТрС. Определен состав всех вышеуказанных форм описания объектов транспортных средств.

Представленная классификация позволяет составлять с помощью продукционных правил алгоритмы выработки решений для системы информационной поддержки борьбы с авариями ТрС, формализующие и, тем самым, упрощающие процесс принятия решений в случае возникновения аварий транспортного средства.

В седьмой главе рассмотрены метод и средства повышения безопасности управления и обслуживания ТрС. В качестве средства повышения безопасности персонала разработано программное обеспечение тренажера по управлению движением СПК, позволяющее оператору-судоводителю приобрести навыки в управлении таким сложным высокоскоростным водным транспортным средством как судно на подводных крыльях, включая управление в аварийных ситуациях, имитация и проверка которых в реальных условиях невозможна, но важна с точки зрения безопасности управления рассматриваемым объектом. Программная реализация выполнена на языке Borland Delphi и предназначена для использования в операционной системе Microsoft Windows. Главное окно компьютерного тренажера представлено на рис. 11.

Созданная программа позволяет моделировать различные аварийные ситуации, не зависящие от оператора, отслеживать основные ошибки начинающих операторов, а также позволяет отображать режимы пространственного движения ТрС рассматриваемого типа, его движения в продольной и поперечной плоскостях и графики изменения во времени соответствующих параметров состояния рассматриваемого объекта. Разработанная программа позволяет также заменить дорогостоящие тренажеры, строящиеся на сложной элементной базе.

Рис. 11. Вид главного окна компьютерного тренажера.

Для повышения уровня безопасности управления и обслуживания ТрС, помимо использования рассмотренного выше средства обеспечения безопасности персонала, необходимо также уделять особое внимание безопасности организационной структуры управления, а также безопасности технического обслуживания и ремонта эксплуатируемых ТрС. Все вышеуказанное достигается при разработке и корректном использовании эффективной системы управления безопасностью (СУБ) транспортной компании (ТК). С этой целью в диссертации был разработан метод оценки эффективности СУБ ТК. В качестве транспортных компаний были выбраны девять ведущих Российских судоходных компаний (СК).

Проведенный анализ требований, предъявляемых к СУБ СК со стороны Международного кодекса по управлению безопасностью (МКУБ) при первоначальном и периодическом ее освидетельствовании, позволил сформировать структуру целей (Ц), подцелей (ПЦ) и процедур (П), характеризующих цели и подцели, что явилось основой для дальнейшего формирования метода оценки эффективности СУБ СК. В результате анализа были выделены 11 целей, характеризующих, согласно МКУБ, функционирование системы управления безопасностью. Кроме того, была определена структура подцелей, характеризующих каждую цель, а также перечень задач и процедур, характеризующих каждую подцель.

Выделенные цели, подцели и процедуры существенно различаются по степени их значимости для оценки эффективности всей СУБ СК, поэтому возникла необходимость определения коэффициентов важности каждой цели и подцели. Для этого было проведено анкетирование девяти ведущих Российских судоходных компаний. Общее число судов, принадлежащих опрашиваемым СК, составляет 189, продолжительность эксплуатации судов в данных судоходных компаниях колеблется от полугода до 12 лет. Число аварийных происшествий за общий период эксплуатации судов находится в пределах от 0 до 27. Для проведения опроса персонала СК были разосланы анкеты, в которых экспертам предлагалось осуществить ранжирование целей и подцелей СУБ СК, подставив в элементы матриц цифры 0, 1 или 2 в соответствии со следующим правилом:

Если, по мнению эксперта, цель (подцель) в строке важнее цели (подцели) в столбце, то на пересечении строки и столбца ставится цифра 2, если цель (подцель) менее важная, то ставится цифра 0, если цель (подцель) равноценная, то – цифра 1.

Коэффициенты важности позволяют определить «удельный вес» каждой цели или подцели в суммарной эффективности процесса обеспечения безопасности. Данные коэффициенты рассчитывались на основании информации, полученной из анкет судоходных компаний, следующим образом:

– столбец.

-ой цели.

Учитывая разнородность целей и подцелей, в качестве критерия эффективности был выбран критерий максимума функции аддитивной технической полезности, построение которой осуществляется на основе выбранных функций технической полезности, обеспечивающих количественное измерение рассматриваемых целей Цi и подцелей ПЦi. Кроме того, выбору функции технической полезности удовлетворяет и следующее определение: Цель Цi (подцель ПЦi) количественно измерима на множестве процедур S, если на S существует вещественная функция P(S), сохраняющая упорядочение. Поскольку желательно увеличивать функцию технической полезности, такую оценку можно рассматривать как n – мерный критерий оптимизации. Считая, что критерии ориентированы положительно и любая пара критериев не зависит по предпочтению от других критериев, определим функцию технической полезности по всем целям в виде

– коэффициент важности j-ой подцели; m – число подцелей. В нашем случае имеем:

Использование в качестве критерия эффективности максимума функции технической полезности позволяет автоматически осуществить нормирование разнородных целей и формировать процесс оценки эффективности в формализованном виде. При этом следует иметь ввиду, что многие подцели характеризуются некоторым множеством процедур, которые, в свою очередь, могут быть ранжированы для оценки подцели и могут характеризоваться технической функцией полезности релейного вида: неудовлетворительно = 0, удовлетворительно = 0,37, либо непрерывной функцией желательности Харрингтона. Данная функция позволяет установить связь между лингвистической шкалой и значениями шкалы предпочтений d, указанными в табл. 2.

Таблица 2. Взаимосвязь между эмпирической и числовой системами.

Эмпирическая система (лингвистические значения) Числовая система, d

Высокоэффективно 1,00(0,80

Эффективно 0,80(0,63

Среднеэффективно 0,63(0,37


загрузка...