Введение к работе
Актуальность. Принятие Международной морской организацией (ИМО) девятой главы Международной конвенции СОЛАС-74 и Кодекса к ней (МКУБ), а также Концепции формальной оценки безопасности (ФОБ) и Временного руководства по применению этой концепции стало логичным и своевременным шагом международного сообщества, направленным на создание эффективных структур управления безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения моря (СУБ). Повышение эффективности работы СУБ с привлечением концепции ФОБ и Временного руководства возможно за счет перехода от управления состоянием безопасности судна на основе планов судовых ключевых операций к технологиям управления этим состоянием.
Информация, поступающая на мостик от электронной картографической навигационно-информационной системы (ЭКНИС) при выполнении судовых ключевых операций, может включать сведения, имеющие отношение к судовождению, предотвращению столкновения, менеджменту на судне, безопасности и охране судна. На мостик может поступать более 200 сигналов аварийно-предупредительной сигнализации, поэтому информационная перегрузка судоводителя на современном судне является реальной опасностью.
Внедрение технологий управления состоянием безопасности судна и безопасности навигации способно создать потенциал для повышения эффективности несения вахты и безопасности эксплуатации судна, особенно при наличии информационной перегрузки судоводителя. При разработке таких технологий следует учитывать проблему, связанную с интерфейсом "ЭКНИС - человеческий элемент". Задачу, связанную с решением проблемы взаимодействия в системе "ЭКНИС - человеческий элемент" при выполнении функций контроля и управления состоянием безопасности навигации, можно признать актуальной.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является снижение информационной загрузки судоводителя и оптимизация интерфейса "ЭКНИС - человеческий элемент" при контроле и управлении состоянием безопасности навигации с учетом отказов программного обеспечения технического средства и ошибок судоводителя.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
выбрать методику описания процесса функционирования интерфейса "ЭКНИС - человеческий элемент", учитывающую взаимосвязи "человеческого элемента" и программного обеспечения технического средства при контроле и управлении состоянием безопасности навигации;
составить модель интерфейса "ЭКНИС - человеческий элемент" при контроле и управлении состоянием безопасности навигации и экспериментально подтвердить основные принципы, положенные в основу разработки этой модели;
разработать оптимальный вариант частоты обращений судоводителя через интерфейс к данным мультимедийного пространства, образованного программным обеспечением и системой отображения ЭКНИС, обеспечивающий заданную достоверность безопасности навигации;
разработать методику оценки информационной напряженности (загрузки) судоводителя в эргатической структуре "ЭКНИС - человеческий элемент" и составить рекомендации по снижению значимости проблемы избыточности при реализации технологий контроля и управления состоянием безопасности навигации;
сформулировать условия разделения функциональных обязанностей в интерфейсе, при которых повышается эффективность использования решений навигационных задач программного обеспечения ЭКНИС, и оценить степень автоматизации решений задач при контроле и управлении состоянием безопасности навигации;
составить модель сбоев программного обеспечения ЭКНИС и ошибок судоводителя, включенного в систему "ЭКНИС - человеческий элемент", и разработать методику, обеспечивающую свойство помехозащищенности каналов связи между мультимедийным пространством технического средства и пространством действий судоводителя;
разработать приемы оптимизации уровня автоматизации при обработке навигационной информации в системе "ЭКНИС - человеческий элемент", необходимые для реализации технологий контроля и управления состоянием безопасности навигации.
Основными научными результатами, выносимыми на защиту, являются решения перечисленных выше задач.
Объектом исследования является эргатическая система "ЭКНИС -человеческий элемент", обеспечивающая информационную поддержку при выполнении технологий контроля и управления состоянием безопасности навигации с учетом возможных сбоев программного обеспечения технического средства и ошибок "человеческого элемента".
Предметом исследования является процесс оптимизации интерфейса структуры "ЭКНИС - человеческий элемент", основанный на принципе минимизации информационной избыточности и распределении функций между судоводителем и программным обеспечением технического средства с учетом возможных отказов, информационных сбоев и ошибок в действиях "человеческого элемента".
Теоретической базой исследования является теоретико-информационный подход к обеспечению безопасной эксплуатации судов в рамках СУБ, рассматриваемой в руководящих документах ИМО.
Научная новизна работы состоит в следующем:
показано, что интерфейс "человеческий элемент-техническое средство" должен включать входное и выходное информационные пространства, которые следует рассматривать как событийные пространства, объединенные каналом связи без памяти и обладающие конечным числом состояний даже при непрерывном функционировании такой модели;
получено, что оптимальную степень автоматизации в интерфейсе "человеческий элемент-техническое средство" следует в первую очередь связывать со снижением значимости проблемы информационной избыточности за счет более эффективного распределения функций между судоводителем и ЭКНИС;
показано, что эффективность распределения функциональных обязанностей в интерфейсе "человеческий элемент-техническое средство" определяется отношением тождественности между пространствами обязанностей, возлагаемых на программный продукт ЭКНИС и на подготовленного судоводителя;
найдено, что при заданной стоимости обработки информации оптимальный показатель степени автоматизации лежит или в единичном интервале, или на его замыканиях, причем замыкающие значения интервала соответствуют или автоматизированной системе, или системе с ручной обработкой информации.
Теоретическая значимость заключается в разработке математического описания интерфейса "ЭКНИС - человеческий элемент" с учетом сбоев программного обеспечения ЭКНИС и ошибок судоводителя при управлении состоянием безопасности навигации.
Практическая значимость работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций позволят снизить уровень навигационной аварийности на судах транспортного и рыболовного флотов, за счет уменьшения информационной загруженности судоводителя и появления у него дополнительного времени необходимого для принятия "верных" решений.
Личное участие автора состоит в получении научных результатов, отраженных в опубликованных работах, и повышении эффективности безопасной эксплуатации судна при оптимизации связей в интерфейсе "ЭКНИС - человеческий элемент".
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечивается корректным использованием системного подхода, структурного анализа, дифференциального и интегрального исчисления, теории информации, теории вероятности и статистики, а также подтверждается натурным экспериментом. Эксперимент основывался на проведении экспертного опроса судоводителей, работающих на морских судах и непосредственно эксплуатирующих ЭКНИС.
Реализация работы. Результаты исследований в виде конкретных рекомендаций предложены к использованию в практической деятельности систем менеджмента безопасной эксплуатацией судов компаний Северного бассейна. Эти рекомендации могут быть включены в руководства по планированию безопасных технологий управления переходом судна из состояния субстандартности в состояние безопасности и использованы в учебном процессе при подготовке курсантов и студентов по специальности "Судовождение", а также при переподготовке морских специалистов на факультете повышения квалификации МГТУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на международных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ, в том числе две статьи опубликованы в журналах из перечня ВАК, четыре в на-
учных журналах и изданиях, одна статья в материалах международных научно-технических конференций.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. В приложении приведены данные натурного эксперимента и акты внедрения, подтверждающие фактическое использование результатов исследования в производственном и учебном процессах.
