Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 13
1.1. Транспортные ЧМСУ и их надежность. Основные определения 13
1.2. Математическое определение надежности ЧМСУ 18
1.3 Составляющие элементы транспортных ЧМСУ и их взаимосвязи 21
1.4. Условия эксплуатации городских автобусов 24
1.5. Факторы, влияющие на надежность водителя как элемента ЧМСУ 26
1.6. Методы оценки надежности водителя 33
1.6.1. Аттестация рабочих мест водителей 33
1.6.2. Интегральные критерии оценки. Оценка безопасности маршрута 36
1.6.3. Оценка рисков здоровью водителя 38
1.6.4. Влияние на безопасность дорожного движения 42
1.7. Методы и технические средства повышения надежности транспортных ЧМСУ и их элементов 47
1.7.1. Применение интеллектуальных телематических систем для повышения надежности водителей 49
1.7.2. Повышение надежности водителя с помощью установки ФКО 54
1.8. Выводы по разделу. Цель и задачи диссертационного исследования 57
2. Теоретические основы повышения надежности водителя в транспортной ЧМСУ 60
2.1. Общие положения 60
2.2. Критерии и алгоритм оценки надежности водителя в транспортной ЧМСУ 64
2.2.1. Влияние безопасности автобусных маршрутов на надежность водителя 68
2.2.2. Анкетирование. Принципы разработки анкеты и алгоритм обработки результатов 69
2.2.3. Методика оценки рисков заболеваемости 71
2.3. Постановка задачи повышения надежности водителя в составе транспортной ЧМСУ 73
2.4. Инженерная методика повышения надежности путем установки ФК0...78
2.5. Выводы 86
3. Экспериментальная оценка влияния различных факторов и мероприятий на надежность водителя как элемента ЧМСУ 88
3.1. Оценка влияния различных факторов на надежность водителя при движении автобусов по конкретным маршрутам 88
3.2. Методика и результаты испытаний макетного образца транспортного ФКО 98
3.3. Результаты обработки статистических данных 106
3.4. Выводы 112
4. Влияние различных факторов на надежность водителя как элемента ЧМСУ. результаты комплексной оценки надежности и меры по ее повышению 114
4.1. Влияние возраста и стажа работы водителей на надежность 114
4.2. Результаты комплексной оценки надежности 118
4.2.1. Безопасность автобусных маршрутов 118
4.2.2. Оценка рисков заболеваемости водителей 123
4.3. Меры по повышению надежности водителей 124
4.4. Выводы 126
Основные выводы и рекомендации 128
Список использованных источников
- Транспортные ЧМСУ и их надежность. Основные определения
- Критерии и алгоритм оценки надежности водителя в транспортной ЧМСУ
- Оценка влияния различных факторов на надежность водителя при движении автобусов по конкретным маршрутам
- Влияние возраста и стажа работы водителей на надежность
Введение к работе
Актуальность работы. Ежегодно в Москве наземным городским транспортом перевозится около 4,2 млрд. пассажиров, из которых 2,5 млрд. пасс, приходится на городские автобусы общего пользования, сосредоточенные в основном в 18 автобусных парках ГУП «Мосгортранс». Профессиональная деятельность водителей городских автобусов (операторов в транспортных человеко-машинных (эргатических) системах управления (ЧМСУ)), определяющая надежность ЧМСУ, связана с работой в неблагоприятных условиях (напряженность, загазованность, шум. сложные условия движения по маршрутной сети), что негативно сказывается на состоянии их здоровья и является одной из причин повышенной текучести (до 80%) кадров. Большинство дорожно-транспортных происшествий (ДТП) происходят по причине ошибок водителей.
Диссертационная работа выполнялась в рамках проектов ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы»(2005, 2006 гг.).
Целью работы является установление закономерностей влияния эксплуатационных (производственных) факторов на надежность водителей городских автобусов.
Объект исследования - автобусные парки ГУП «Мосгортранс», маршрутная сеть г. Москвы, автобусы и водители на маршрутах.
Достоверность результатов исследования обеспечивалась применением современного программного обеспечения, использованием прикладных пакетов программ STATISTICA 6.0, MATHCAD, Scientific Workplace 3.0 и пр. Достоверность результатов экспериментов обоснована соблюдением требований стандартов, использованием аттестованных средств измерения, повторяемостью результатов измерений.
Научная новизна:
установлены закономерности влияния эксплуатационных
t'UC. национальная"
БИБЛИОТЕКА С.-Петербург
ОЭ StH&utrtflfr
(производственных) факторов на надежность водителей городских автобусов;
разработана математическая модель оценки надежности водителя, в которой воздействующие на водителя факторы объединяются в три группы и оцениваются с помощью интегральных критериев: безопасности маршрута (факторы среды) и риска заболеваемости (учет протяженности воздействия факторов по времени);
экспериментально определены значения производственных факторов на рабочем месте водителя непосредственно при движении автобуса по маршруту;
разработана методика расчета геометрических размеров и определения эффективности запатентованной конструкции транспортного фотокаталитического очистителя воздуха (ФКО) с принудительным воздухообменом.
Практическая ценность работы заключается в разработке:
методики оценки надежности транспортных ЧМСУ (городских автобусов) путем оценки надежности их управляющего элемента (водителя);
рекомендаций по повышению надежности водителей городских автобусов;
конструкции ФКО с принудительным воздухообменом и инженерной методики расчета его геометрических показателей и определения эффективности очистки воздуха от вредных веществ.
На зашиту выносятся:
-
Установленные закономерности влияния эксплуатационных (производственных) факторов на надежность водителей городских автобусов,
-
Математическая модель оценки надежности водителя с помощью интегральных критериев: безопасности маршрута, характеризующего влияние на водителя производственных факторов
на маршруте, и рисков заболеваемости, позволяющих оценить воздействие этих факторов во времени.
-
Методика и результаты экспериментальной оценки производственных факторов на рабочем месте водителя непосредственно при движении автобуса по маршруту.
-
Инженерно-технический метод повышения надежности водителей путем установки в кабину автобуса специально разработанного и запатентованного ФКО с принудительным воздухообменом.
5. Инженерная методика расчета геометрических параметров
ФКО и определения эффективности очистки воздуха от вредных
веществ.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на научно-технической конференции «2-е Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (г. Москва, 2005 г.), 64-й научно-методической и,научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ) (г. Москва, 2006 г.), Ill Российско-германской научно-практической конференции «Современные проблемы безопасности дорожного движения и их решение - дети и молодежь на дорогах» (г. Волгоград, 2006 г.), 7-й международной научно-практической конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (г. Санкт-Петербург, 2006 г), выставке «Достижения МАДИ (ГТУ) - 75, 2005 г.
Реализация результатов работы. Основные результаты исследований предложены к использованию в ГУП «Мосгортранс» и внедрены в учебный процесс МАДИ (ГТУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из которых 3 в центральных лицензированных изданиях ВАК, в их числе патент на изобретение РФ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций и приложений. Текст диссертации изложен на 141 страницах, включая 60 рисунков, 22 таблицы и приложения. Список литературы включает 62 наименования отечественных и зарубежных авторов.
Транспортные ЧМСУ и их надежность. Основные определения
Система - это совокупность элементов или подсистем, находящихся во взаимодействии и образующих определенную целостность [1].
В зависимости от степени участия человека в реализации управляющих воздействий системы подразделяются на технические (функционирующие без участия человека), эргатические (человеко-машинные) и организационные (коллективы людей, общество) [2]. Каждая из систем характеризуется своими специфическими особенностями (см. табл. 1). Итак, человеко-машинной, или эргатической системой управления называется совокупность людей и машин, взаимодействующих в рамках некоторого окружения ради достижения комплекса целей [3].
В качестве составляющих элементов такой системы принято выделять человека-оператора, машину и среду.
Оператор - человек, управляющий машиной в зависимости от своих целей и внешних условий. Машина - любое техническое устройство, предназначенное для целенаправленного изменения материи, энергии или информации [4]. Среда - внешние факторы, оказывающие влияние на работу оператора и машины: факторы непосредственно среды (внешней и внутренней), социальные и психоэмоциональные факторы и т. д.
В технических науках понятие надежности противопоставляется понятию отказа и подразумевает выполнение определенных функций системы в течение заданного промежутка времени с сохранением этой системой предписанных свойств. Из множества технических определений надежности можно выделить следующие: - Надежность является интегральной функцией распределения вероятностей безотказной работы от момента включения до первого отказа. - Надежностью элемента (или системы) P(t) называется вероятность того, что элемеш (или система) не выйдет из строя в течение времени t [2]. В психологических науках центр тяжести переносится на индивидуальные характеристики конкретного элемента - оператора эргатической системы. Примеры определений надежности, относящихся как к самой ЧМСУ, так и к ее отдельному элементу (оператору), взятые из различных научных дисциплин, приводятся в таблице 2.
Транспортная ЧМСУ представляет собой взаимосвязанную систему, поэтому при ее рассмотрении следует анализировать технический и человеческий аспекты в неразрывной связи. Такой подход предполагает оценку надежности не только машины, но и оператора (водителя), являющегося главным управляющим элементом в этой системе и подвергающегося воздействию условий окружающей среды.
При определении надежности эргатической системы, необходимо учитывать следующее [4]: - единые для всех звеньев системы показатели надежности должны включать в себя показатели ее отдельных звеньев - человека и техники; - использование математического аппарата и методов расчета теории надежности технических средств при оценке деятельности человека имеет ограниченный характер; - универсальное выражение для определения надежности эргатических систем вряд ли возможно из-за сложности и различия процессов управления; - эргономическое соответствие техники и характера решаемых задач возможностям и потребностям человека; - обученность человека, соответствие его профессионального уровня сложности и требованиям выполняемой работы; - индивидуальные особенности человека (здоровье, состояние нервной системы и др.) и их согласованность с требованиями профессии.
Анализ литературных данных показал, что при определении надежности водителя базовые понятия технической теории надежности без изменений переносятся на человека-оператора. Однако опыт показывает, что для оценки надежности оператора эргатических систем только технического определения надежности недостаточно, т.к. оно не учитывает существенную погрешность, вносимую в надежность функционирования оператора различными не вполне алгоритмизируемыми возмущениями, связанными с психосоциальными компонентами, и опосредованным влиянием на человека условий осуществления профессиональной деятельности. Поэтому при заимствовании определений из теории надежности технических систем необходима их адаптация к рассматриваемым условиям. Психосоциальные определения, наоборот, не учитывают техническую составляющую системы, что также является причиной искажений и неточностей при проведении оценки ЧМСУ.
Критерии и алгоритм оценки надежности водителя в транспортной ЧМСУ
Итак, для определения надежности водителя как элемента ЧМСУ требуется учитывать одновременное влияние различных разнонаправленных факторов. С этой целью необходимо вывести некий показатель, способный дать однозначную примерную оценку.
В общем случае при проведении оценки надежности ЧМСУ критерии оценки принято объединять в следующие группы: критерии, характеризующие техническую составляющую системы; критерии, контролирующие параметры среды; критерии, относящиеся непосредственно к человеку-оператору (водителю), т.е. применительно к надежности транспортных ЧМСУ: «автомобиль», «водителя», «дорогу» и «среду».
Однако подобное упрощение является не совсем корректным, так как порой очень трудно четко разграничить факторы влияния, способные одновременно относи іься к различным элементам системы. Кроме того, в дальнейшем очень трудно свести многочисленные разрозненные показатели воедино. Поэтому в данном случае при определении надежности операторов транспортных ЧМСУ факторы группируются не относительно отдельных элементов системы, а относительно влияния, оказываемого на водителя, что позволяет рассматривать их действие на человека в комплексе (см. рис. 21).
При анализе литературных данных по условиям работы водителей были выявлены наиболее значимые профессиональные факторы риска, связанные, прежде всего, со следующими причинами:
а) нерациональным устройством рабочего места водителя, характеризующимся: наличием шума и вибрации в кабине, загрязнением воздуха, несоблюдением теплового режима, перепадами температур, неудобной рабочей позой, необходимостью совершать большое количество движений во время работы и заниматься дополнительной деятельностью (продавать билеты);
б) высоким нервно-эмоциональным напряжением вследствие: постоянной ответственности за безопасность людей (пассажиров, пешеходов), напряжения внимания, зрительного и слухового анализаторов, обеспокоенности сохранностью транспортного средства, постоянного дефицита времени для принятия решений, необходимостью соблюдать график движения, возникновением аварийных ситуаций;
в) нерациональным режимом работы и отдыха, ненормированным рабочим днем, плавающим графиком работы, наличием сверхурочных работ в любое время суток (организационные факторы).
Все выявленные факторы, оказывающие воздействие на водителя, можно объединить в три основные группы: внешние (параметры внешней среды и индивидуальные характеристики автобусного маршрута), внутренние (параметры внутренней среды) и социальные (характеристики самого водителя) (см. рис. 22). Дальнейший анализ проводится путем постепенного объединения выделенных групп.
К внешним факторам относятся: категория маршрута, длина маршрута, количество остановочных пунктов, светофоров, «лежачих полицейских», крутых поворотов, железнодорожных переездов и трамвайных путей, скорость на маршруте, интенсивность движения, наполняемость салона, концентрация загрязняющих веществ в воздухе на маршруте, аварийность.
Внутренние факторы - это эргономические характеристики рабочего места и условий труда водителя: концентрации вредных веществ, шум, вибрация, параметры микроклимата, тяжесть и напряженность трудового процесса, нагрузка на зрительный и слуховой анализаторы, эмоциональные нагрузки, утомление.
К социальным факторам относятся особенности самого водителя: возраст, стаж, семейное положение, жилищные условия, масса тела, регулярность питания, вредные привычки (курение, употребление алкоголя), занятия спортом, склонность к простудным заболеваниям.
Анализ собранной информации осуществляется с использованием наиболее распространенных в практике инженерных методов [54]: - интер- и экстраполяции, использующие опытно-статистические или опытно-теоретические данные о количественных характеристиках (временные тренды, различные зависимости); - аналитические методы, оперирующие качественными признаками и характеристиками, определяющие возможные варианты внутренней структуры объекта исследования (факторный анализ, анализ морфологии); - методы, предусматривающие проведение экспертиз (анкетирование, экспертные оценки); - методы аналогий, базирующиеся на свойствах сходных объектов и процессов (переводные коэффициенты, балльная оценка); - расчетные методы, основанные на математических зависимостях.
В нашем случае для получения однонаправленной оценки надежности водителя использовались: - экспериментальные (концентрации вредных веществ на маршруте, шум, характеристики очистителя воздуха); - расчетные методы (риски заболеваемости); - экспертно-аналитические методы (статистический анализ результатов анкетирования водителей),
Оценка влияния различных факторов на надежность водителя при движении автобусов по конкретным маршрутам
Оценка влияния различных факторов на надежность водителя проводилась для водителей, работающих в ГУП «Мосгортранс», имеющем парк подвижного состава около 7500 единиц, сосредоточенный в восемнадцати автобусных, семи троллейбусных парках и шести трамвайных депо. Маршрутная сеть наземного общественного транспорта г. Москвы составляет 6 510 км, в т. ч. длина автобусных маршрутов - 5 150 км, троллейбусных - 950 км, трамвайных - 410 км. Автобусными парками обслуживается 535 городских и пригородных маршрутов и ежедневно перевозится 8 млн. пассажиров.
При обследовании автобусных парков ГУП «Мосгортранс» был проведен сбор, анализ и обработка информации по линейным водителям (их численность и движение, анкетные данные), общим технико-экономическим характеристикам парков, подвижному составу и его эксплуатационным характеристикам для всех обследованных производственно-технических баз. Для методически грамотного сравнения условий работы водителей автобусов были также собраны и проанализированы данные по сложности и напряженности автобусных маршрутов.
Из всех автобусных парков были выбраны 6, маршруты которых проложены по наиболее загруженным районам города. Был рассмотрен и проанализирован 161 маршрут движения городских автобусов с протяженностью маршрутной сети 3493,5 км, из которых были выбраны 22 наиболее характерных маршрута (см. рис. 33 и табл. 15), протяженность которых составляет 446,7 км.
Параметры этих маршрутов были предоставлены отделами эксплуатации автобусных парков или получены непосредственно по результатам заездов.
Выбор маршрутов производился по следующим характеристикам: протяженность маршрута, частота остановок, светофоров, крутых поворотов, пересечений с железнодорожными и трамвайными путями, загруженность дороги, скорость движения на маршруте, его категория (город, пригород), объем пассажиропотоков и др.
Согласно специально разработанной методике контрольные заезды проводились в летний период, в светлое время суток, при отсутствии осадков и сильного ветра. При движении по каждому из выбранных маршрутов следования автобуса передвижная лаборатория3 ГУП «Мосэкомониторинг» (см. рис. 34) производила измерения в атмосферном воздухе концентраций оксида углерода (СО), оксидов азота (NO, NO2, N0X), суммарных углеводородов (ICnHm), а также температуры воздуха, влажности и давления.
Измерение концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на маршруте осуществлялось с помощью пробоотборника, установленного на высоте 1,5 м от дорожного покрытия слева по ходу движения лаборатории. Для определения интенсивности движения и состава транспортных потоков во время замеров проводилась съемка транспортных потоков на видеокамеру.
Список оборудования передвижной лаборатории приведен в таблице 16.
Оценка других показателей безопасности маршрутов осуществлялась по данным натурных измерений и наблюдений, выполненных специалистами МАДИ (ГТУ) и других организаций. Полученные данные наносились на подготовленную карт маршрута (см. рис. 35):
Влияние возраста и стажа работы водителей на надежность
Собранная в автобусных парках исходная информация включает в себя статистические данные по ДТП на выбранных маршрутах городского пассажирского транспорта в период с 01.01.2000 г. по 30.04.2005 г. При анализе ДТП рассматриваются случаи, в которых вина водителя автобуса была доказана. На основании полученных данных строятся различные функциональные зависимости.
Вероятность возникновения ДТП от возраста водителя описывается параболической зависимостью (см. рис. 49) и показывает повышенный риск участия в ДТП для молодых, еще не опытных водителей и для пожилых водителей.
С возрастом надежность сильно снижается как вследствие ухудшения их психофизического состояния, так и по причине развития различных, чаще всего профессиональных, хронических заболеваний. Современные исследования [62] показывают, что психомоторная и физическая работоспособность у мужчин к 40 годам понижается примерно на 20%, а к 60-ти - на 40% от максимального значения, достигаемого в 22 года.
Анализ данных по ДТП от стажа водителя автобуса показал (см. рис. 50), что максимальной надежностью обладают водители со стажем 21...24 года, а наибольшая часть нарушений совершается молодыми водителями в так называемый адаптационный период (стаж от 0,5 года до 5 лет) и обусловлена, скорее всего, недостатками в программе подготовки и отсутствием у водителей достаточного опыта, необходимого для надежного управления транспортным средством в реалиях крупного города.
Увеличение количества ДТП, приходящееся на водителей со стажем 5...6 лет, скорее всего, связано с частичной утратой ими теоретических знаний, завышенной оценкой своего мастерства и пренебрежительным отношением к соблюдению требований правил. В группу максимального риска совершения ДТП попали и водители со стажем работы более 25...30 лет, что обусловлено возрастными изменениями и развитием профессиональных заболеваний.
При проведении оценки надежности водителя за исходные данные бралась статистика по произошедшим по вине водителя отказам (ДТП), т.е. надежность водителя строилась как функция безотказности. В этом случае надежность водителя в зависимости от его профессионального стажа должна описываться некоей экспоненциальной кривой, в показатель степени которой входит стаж работы. Согласно данным проводившихся исследований среди профессиональных водителей [40], большая часть совершаемых ДТП приходится на водителей со стажем до 5 лет.
Сравнение данных вероятности возникновения ДТП от возраста для водителей автобусов с кривой, взятой из литературных данных для водителей непрофессионалов [37] представлено на рис. 53.
Сопоставление кривых показывает, что у водителей городских автобусов, в виду специфических особенностей их деятельности, большей нагруженности и длительного пребывания в некомфортных условиях снижение надежности наступает раньше, чем у обыкновенных среднестатистических водителей. Скорее всего, подобное явление объясняется развитием с возрастом у водителей автобусов различных профессиональных заболеваний, поэтому можно сделать вывод о существовании связи между рисками здоровью водителей и вероятностью возникновения ДТП.
Критерий безопасности маршрута позволяет производить оценку надежности водителя в привязке к обслуживаемым маршрутам движения городских автобусов с учетом влияния их сложности, концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и дорожной аварийности.
Например, для скорости движения автобуса на маршруте максимальный балл (5) присваивался диапазону до 13,5 км/ч, а минимальный (1) - более 21,5 км/ч. Для всех других показателей максимальный балл присваивался большим значениям показателей.
Учет уровня загрязнения воздуха и аварийности на маршруте вносят существенные коррективы в итоговую оценку качества маршрута, добавляя к показателям сложности маршрута порядка 20 баллов.
При проведении оценки безопасности маршрутов с помощью разработанного критерия безопасности баллы, полученные на основании результатов обследования маршрутов, суммировались с учетом относительных весомостей групповых показателей. Согласно полученным балльным оценкам, маршруты разбивались на несколько диапазонов, в зависимости от их значений. E(x1...xn)=lyi i(x)e[Edon]j (12а) где [Edonj} - кластеризованные диапазоны значений показателя ,балл; j -количество кластеров,/=3.
К 1-й группе - опасных для водителя маршрутов (уровень безопасности (УБ) более 35 баллов) относятся маршруты, проложенные в центре города по оживленным магистралям с высокой плотностью транспортного потока, высокой частотой перекрестков, светофоров и пр., значительными объемами перевозок, высокими концентрациями вредных веществ и аварийностью.
Среднюю опасность (2-я группа - У Б 25 - 35 баллов) имеют маршруты, соединяющие жилые массивы со станциями метро и железной дороги, для которых характерны наличие утренних и вечерних часов «пик», значительные объемы пассажироперевозок и высокая плотность транспортных потоков.
Безопасными (3-я группа - УБ менее 25 баллов) считаются маршруты с низкой интенсивностью движения, незначительным пассажиропотоком в течение всего дня, невысокими концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и минимальной дорожной аварийностью.
При соотношениях весомостей групповых показателей сложности маршрута и загрязнения воздуха вместе с аварийностью 0,7 : 0,3 из 161 обследованного автобусного маршрута 9% могут быть отнесены к безопасным маршрутам (уровень безопасности (УБ) менее 25 баллов), 64% - к маршрутам средней опасности (УБ 25...35 баллов) и 27% - к опасным (УБ более 35 баллов) (см. рис. 55).
