Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Разработка метода анализа и оценки безопасного состояния региональной транспортной системы 17
1.1 Функциональная структура региональной транспортной системы 17
1.2 Информационные потоки, обеспечивающие деятельность региональной транспортной системы 20
1.3 Методы оценки безопасности региональной транспортной системы 23
1.4 Разработка метода моделирования региональной транспортной системы 26
1.4.1 Разработка формального аппарата структурного
моделирования региональной транспортной системы 26
1.4.2 Разработка замкнутой динамической модели региональной транспортной системы 37
1.4.3 Структурные схемы динамической модели прогнозирования развития региональной транспортной системы 50
1.5 Состав показателей и критерии эффективности функционирования РТС 55
1.5.1 Функциональные критерии 55
1.5.2 Экономические критерии 57
1.5.3 Критерии безопасности 59
1.5.4 Экологические критерии з
1.5.5 Социальные критерии 64
1.5.6 Информационные критерии 67
Выводы по 1 главе 69
ГЛАВА 2. Моделирование информационных потоков безопасной региональной транспортной системы ... 73
2.1 Моделирование структуры логистического центра
региональной транспортной системы 73
2.2 Моделирование функциональной структуры региональной транспортной системы на базе модифицированной сети Петри 80
2.2.1 Модель формирования заявки на перевозку груза 83
2.2.2 Модель заключения контракта на перевозку груза 85
2.2.3 Модель составления маршрута движения 87
2.2.4 Модель контроля движения транспортного средства 91
2.2.5 Модель подтверждения факта доставки груза 96
Выводы по 2 главе 98
ГЛАВА 3. Разработка принципов комплексной теории оценки безопасности транспортных средств 100
3.1 Термины и определения процессов обеспечения безопасности 100
3.2 Классификация факторов, влияющих на безопасность транспортных средств 103
3.3 Принципы количественной оценки уровня безопасности транспортных средств 107
3.4 Принцип комплексной оценки безопасности транспортных средств 118
3.4.1 Конструктивная безопасность транспортных средств 122
3.4.2 Безопасность движения транспортных средств 124
3.4.3 Безопасность объектов транспортировки в местах их дислокации 126
3.4.4 Безопасность управления и обслуживания транспортных средств 128
Выводы по 3 главе 131
ГЛАВА 4. Разработка метода обеспечения конструктивной безопасности транспортных средств 135
4.1 Системный подход к проблеме обеспечения конструктивной безопасности судна на подводных крыльях на этапе проектирования 135
4.2 Состав и структура единой среды моделирования основных конструктивных элементов судна на подводных крыльях и его подсистем 141
4.3 Математический аппарат для решения задач обеспечения конструктивной безопасности судна на подводных крыльях... 149
4.3.1 Математическая модель динамики возмущенного движения судна на подводных крыльях 150
4.3.2 Математическая модель приводов исполнительных органов 160
4.3.3 Модель системы управления движением судна 163
4.3.4 Модели датчиков информации
4.4 Программный комплекс, как средство реализации метода обеспечения конструктивной безопасности судна на подводных крыльях 165
4.5 Оценка адекватности разработанного программного комплекса 184
Выводы по 4 главе 189
ГЛАВА 5. Разработка метода повышения безопасности движения транспортных средств 192
5.1 Формализация описания границы области устойчивости горизонтального движения судна на воздушной подушке 193
5.2 Исследование бифуркаций фазового пространства горизонтального движения судна на воздушной подушке в аварийных режимах 206
5.3 Противоаварииныи прогнозирующий алгоритм, как средство повышения безопасности движения судна на воздушной подушке 217
5.4 Моделирование работы алгоритма предотвращения аварий судна на воздушной подушке
Выводы по 5 главе 233
Глава 6. Разработка метода повышения безопасности объектов транспортировки в местах их дислокации 235
6.1 Обеспечение пожарной безопасности пассажиров и грузов... 235
6.2 Регистрация предвестников загораний, взрывов и пожаров в помещениях транспортных средств 239
6.3 Опасность теплового воздействия 244
6.4 Обеспечение информационной безопасности при тепловых воздействиях 246
6.5 Метод оценки безопасности эвакуации пассажиров 248
6.6 Системы информационной поддержки, как средство повышения безопасности объектов транспортировки в
местах их дислокации 258
6.6.1 Информационное моделирование, как механизм снижения риска принятия неэффективных решений в сложных аварийных ситуациях 260
6.6.2 Направление повышение качества решения задач борьбы с авариями транспортных средств 263
6.6.3 Формализация задач информационного моделирования объектов принятия решений 267
6.6.4 Содержание и форма представления информационных моделей принятия решений 269
6.6.5 Цель и принципы построения системы информационной поддержки борьбы за живучесть 284
6.6.6 Обоснование принципов построения и функциональных требований, предъявляемых к системе информационной поддержки борьбы за живучесть 284
6.6.7 Состав функциональных задач подлежащих выполнению системой информационной поддержки 287
6.6.8 Структуризация объектов транспортного средства 291
Выводы по 6 главе 296
ГЛАВА 7. Разработка метода повышения безопасности управления и обслуживания транспортных средств 300
7.1 Компьютерные тренажеры, как средство повышения безопасности персонала 300
7.2 Состав и структура тренажера по управлению движением судна на подводных крыльях 302
7.3 Метод оценки эффективности системы управления безопасностью транспортной компании 318
7.3.1 Критерий оценки эффективности мероприятий, направленных на улучшение работы системы управления безопасностью судоходной компании 321
7.3.2 Расчет коэффициентов важности целей и подцелей системы управления безопасностью судоходной компании
7 Основные положения разработанного метода оценки эффективности системы управления безопасностью
350
судоходной компании
7.3.4 Состав и структура программного обеспечения метода оценки эффективности системы управления безопасностью судоходной компании 371
Выводы по 7 главе 374
Заключение - 374
Теоретические результаты раооты Практические результаты работы - 387
Использование результатов раооты
Список использованных источников
- Методы оценки безопасности региональной транспортной системы
- Моделирование функциональной структуры региональной транспортной системы на базе модифицированной сети Петри
- Принципы количественной оценки уровня безопасности транспортных средств
- Состав и структура единой среды моделирования основных конструктивных элементов судна на подводных крыльях и его подсистем
Введение к работе
Актуальность темы.
Безопасность – сложнейшее социально-политическое и научно-техническое явление, смысл которого доступен на интуитивном уровне, однако, несмотря на широкое употребление этого понятия, его сущность и содержание остаются теоретически неисследованными. Определенная сложность в исследовании и решении проблем безопасности заключается в том, что непосредственное измерение безопасности невозможно.
В настоящее время проблемы безопасности существуют практически во всех областях деятельности человека. Результаты работ в данных областях знаний сформировались в виде Федеральных законодательных актов по вопросам безопасности применительно к отдельным направлениям деятельности. К одному из таких направлений относится безопасность транспорта, как составная часть национальной безопасности Российской Федерации.
Современный этап развития научной мысли в сфере проблем безопасности транспорта характеризуется попытками перехода от эмпирического к теоретическому уровню исследования, наличием предпосылок для создания концепции и теории безопасности: идеологических и методологических.
Сегодня проблема безопасности начинает рассматриваться как важнейший аспект проектирования, создания и использования различных транспортных средств (ТрС), как наиболее уязвимой, с точки зрения безопасности, составляющей транспортных систем отдельных регионов и всей страны в целом. Это обусловливается, с одной стороны, сложностью структуры указанных объектов, а, с другой стороны, тем возможным ущербом, который может быть нанесен в случае их отказа, включая гибель пассажиров и экипажа ТрС, а также катастрофические последствия, связанные с повреждением перевозимых опасных грузов.
Дальнейшее повышение скоростей транспортных средств, резкое увеличение их количества, реализация новых принципов движения, совершенствование энергетических установок транспортных средств и средств обеспечения транспортировки и невозможность решения проблемы безопасности ТрС с ведомственных позиций, выдвигает на повестку дня вопрос о разработке основных направлений повышения безопасности современных транспортных средств.
Неудовлетворительное положение дел с аварийностью на транспорте настоятельно требует поиска новых подходов к обеспечению безопасности эксплуатируемых транспортных средств. Различным аспектам данных подходов посвящены исследования таких ведущих отечественных и зарубежных специалистов, как Ф.М.Кацман, В.В.Кобзев, И.М.Короткин, Е.А.Куклев, Ю.А.Лукомский, И.А.Рябинин, А.Е.Сазонов, Д.А.Скороходов, Х.Кумамото, Э.Хенли.
В современных условиях возникает необходимость рассмотрения проблемы безопасности транспортных средств на качественно новой межведомственной основе, т.к. эффективное ее решение невозможно без создания соответствующего методологического обеспечения. При формировании теории и методов обеспечения безопасности ТрС необходимо использовать комплексный подход, включающий совместное рассмотрение результатов научных исследований и потребностей практики в интересах безопасности людей и грузов.
Быстрое, качественное и экономически эффективное решение проблемы обеспечения безопасности транспортных средств на протяжении всего периода их жизненного цикла возможно только на основе системных методологических принципов, объединенных современной технологией, используемой всеми организациями, участвующими в создании, эксплуатации и модернизации ТрС. Именно поэтому создание методологии обеспечения безопасности транспортных средств, включающей разработку методов и алгоритмов, безусловно, является актуальной темой исследования.
Цель работы. Целью диссертационной работы является решение научной проблемы повышения безопасности транспортных средств на основе использования принципа комплексной оценки безопасности, а также разрабатываемых теоретических методов и практических средств, реализующих данный принцип.
Задачи исследования. Для достижения сформулированной цели диссертационной работы были поставлены и решены следующие основные научные и практические задачи:
-
Разработка метода анализа и оценки безопасного состояния региональной транспортной системы.
-
Определение состава показателей и критериев эффективности функционирования региональной транспортной системы.
-
Разработка моделей функционирования региональной транспортной системы.
-
Разработка принципов комплексной теории оценки безопасности транспортных средств.
-
Разработка состава и структуры единой среды моделирования основных конструктивных элементов высокоскоростных транспортного средства и его подсистем, предназначенной для решения задач обеспечения конструктивной безопасности ТрС.
-
Разработка программного комплекса, как средства реализации метода обеспечения конструктивной безопасности высокоскоростного транспортного средства, и оценка его адекватности.
-
Разработка противоаварийного прогнозирующего алгоритма, как средства реализации метода повышения безопасности движения высокоскоростного транспортного средства, и моделирование работы предлагаемого алгоритма.
-
Разработка принципов построения и функциональных требований, предъявляемых к системе информационной поддержки принятия решений (СИП ПР), как к средству повышения безопасности объектов транспортировки в местах их дислокации.
-
Разработка программного обеспечения тренажера по управлению движением высокоскоростного транспортного средства, как средства повышения безопасности персонала.
-
Разработка метода оценки эффективности системы управления безопасностью транспортной компании и программного обеспечения, реализующего предлагаемый метод.
Объект исследования. Объектом исследования являются транспортные средства, как наиболее уязвимая, с точки зрения безопасности, составляющая транспортных систем отдельных регионов и всей страны в целом.
Предмет исследования. Предметом исследования является процесс организации и обеспечения безопасности транспортных средств.
Методы исследования. В диссертационном исследовании использовались: математический аппарат теории оптимального управления, теории устойчивости, теории фазовых пространств нелинейных динамических систем, математической статистики, теории принятия решений, теории квалиметрии, теории сетей, а также методы теории экспертных оценок, методы математического и компьютерного моделирования, численные методы решения нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений, методы аппроксимации нелинейных зависимостей.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Динамическая модель экономического развития региона с учетом транспортной составляющей.
-
Принцип комплексной оценки безопасности транспортных средств и его составляющие.
-
Метод обеспечения конструктивной безопасности высокоскоростного транспортного средства и реализующий его программный комплекс.
-
Метод повышения безопасности объектов транспортировки в местах их дислокации.
-
Метод оценки эффективности системы управления безопасностью транспортной компании (СУБ ТК) и реализующее его программное обеспечение.
Научная новизна состоит в разработке новых и совершенствовании существующих методов и алгоритмов оценки и обеспечения безопасности транспортных средств, в том числе:
-
Разработанная динамическая модель развития экономики региона с учетом транспортной составляющей позволяет, в отличии от существующих, решать две задачи прогнозирования:
прогнозирование объема перевозок в регионе в зависимости от характера изменения объемов перевозок, выполненных транспортом в предпрогнозном периоде, от динамики изменения валового внутреннего продукта и общественных производственных фондов, от характера изменения объемов капиталовложений в развитие промышленности, сервисных отраслей, транспорта и экологии, а также от изменения общей численности населения региона;
определение необходимых пропорций капиталовложений в развитие промышленности, транспорта, экологии и фонда потребления в зависимости от требуемого объема перевозок в регионе, характера изменения валового внутреннего продукта и общественных производственных фондов, а также от изменения общей численности населения региона.
-
Сформулированный принцип комплексной оценки безопасности транспортных средств, в отличие от существующих, предоставляет возможность рассматривать весь процесс обеспечения безопасности ТрС в виде совокупности четырех составляющих, а именно:
конструктивной безопасности ТрС;
безопасности движения ТрС;
безопасности объектов транспортировки в местах дислокации;
безопасности управления и обслуживания ТрС.
Предлагаемый системный подход к оценке безопасности транспортных средств позволяет всем организациям, участвующим в их создании, эксплуатации и модернизации, обеспечивать безопасность на протяжении всего периода жизненного цикла ТрС. Сформулированный принцип, обладая универсальностью, может быть использован при рассмотрении любого вида транспорта.
-
Разработанный метод обеспечения конструктивной безопасности высокоскоростного ТрС и реализующий его программный комплекс позволяют, в отличие от существующих, совместно решать различные задачи системного обеспечения конструктивной безопасности высокоскоростных транспортных средств, такие как:
сравнительный анализ вариантов конструкции ТрС, выбор основных характеристик исполнительных органов и систем управления движением по критериям безопасности и эффективности;
оценка конструктивной безопасности ТрС;
анализ аварийных режимов и отработка алгоритмов противоаварийного управления;
исследование и выбор технических средств и алгоритмов управления движением, анализ их эффективности и безопасности;
исследование динамики управляемого движения высокоскоростных транспортных средств с варьируемыми конструктивными характеристиками различного целевого назначения;
оценка ходовых и маневренных качеств рассматриваемого типа ТрС при варьировании его конструктивных характеристик.
При этом решение многих задач стало возможным только с использованием разработанного программного обеспечения.
-
Разработанный метод повышения безопасности объектов транспортировки в местах их дислокации позволяет, в отличии от существующих, сформировать системы информационной поддержки принятия решений в аварийных ситуациях с использованием информационных моделей нового типа, составленных с помощью продукционных правил и содержащих функциональное, структурное, конструктивное, топологическое, организационное и информационное описание объектов ТрС, а также описание состава, способов и видов управления транспортным средством в аварийных ситуациях.
-
Разработанный метод оценки эффективности системы управления безопасностью транспортной компании и реализующее его программное обеспечение впервые позволили не только качественно, но и количественно оценить эффективность системы управления безопасностью с учетом фактической аварийности принадлежащих компании транспортных средств. Предлагаемый метод, в отличие от существующих, позволяет сравнивать различные СУБ ТК, а также оценивать мероприятия, направленные на улучшение отдельных требований Международного кодекса по управлению безопасностью.
Достоверность результатов исследования. Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается корректным использованием апробированного математического аппарата теории оптимального управления, теории устойчивости, теории фазовых пространств нелинейных динамических систем, математической статистики, теории квалиметрии, а также методов теории экспертных оценок и соответствием результатов теоретических исследований результатам компьютерного моделирования и результатам натурных испытаний и эксплуатации транспортных средств.
Практическая ценность работы.
-
Разработанный метод обеспечения конструктивной безопасности высокоскоростного ТрС и реализующий его программный комплекс обеспечивают повышение качества технических решений при существенном сокращении сроков и стоимости создания новых и модернизации существующих объектов рассматриваемого типа. Предлагаемый метод и программный комплекс могут быть использованы:
НИИ и КБ-разработчиками и проектантами при создании новых и модернизации существующих высокоскоростных ТрС и технических средств управления их движением;
заказчиками высокоскоростных ТрС – для оценки эффективности предлагаемых разработчиками конструктивных и технических решений, их соответствия заданным в ТЗ эксплуатационным характеристикам и требованиям безопасности;
организациями, эксплуатирующими ТрС рассматриваемого типа – для подготовки и тестирования обслуживающего персонала и экипажей;
ВУЗами – для подготовки специалистов в области проектирования высокоскоростных ТрС и их технических систем.
-
Разработанный метод повышения безопасности движения ТрС и реализующий его алгоритм могут быть использованы НИИ и ЦКБ для создания системы предотвращения аварийных ситуаций для различных видов транспортных средств, обладающих ограниченной областью устойчивости.
-
Разработанный метод повышения безопасности объектов транспортировки в местах их дислокации может быть использован НИИ и ЦКБ при создании систем информационной поддержки принятия решений руководителей борьбы за живучесть ТрС.
-
Разработанный метод оценки эффективности системы управления безопасностью транспортной компании и реализующее его программное обеспечение могут быть использованы:
представителями отдела безопасности транспортных компаний – для самостоятельной оценки качества и уровня безопасности компании и определения возможных путей повышения уровня безопасности управления и обслуживания принадлежащих компании ТрС;
представителями службы освидетельствования – при проведении ежегодной проверки систем управления безопасностью транспортных компаний (СУБ ТК).
Практическая ценность диссертации подтверждена пятью актами о внедрении результатов работы в ЦМКБ «Алмаз» (СПб.), в 1 ЦНИИ МО РФ (СПб), в Санкт-Петербургском университете государственной противопожарной службы МЧС РФ, в НПП «Система» (СПб.), в ООО «Городской центр экспертиз» (СПб).
Реализация результатов работы.
Диссертационное исследование проведено при поддержке Правительства Санкт-Петербурга, выраженной в двух грантах:
-
Грант комитета по науке и высшей школе для молодых кандидатов наук вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, по теме: «Разработка алгоритма прогнозирования аварийных ситуаций, возникающих при движении высокоскоростных судов» – 2005 год (шифр гранта PD05-1.10-164, диплом АСП № 605077);
-
Грант комитета по науке и высшей школе для молодых кандидатов наук вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, по теме: «Разработка методики оценки эффективности системы управления безопасностью судоходной компании» – 2006 год (шифр гранта PD06-2.0-163, диплом АСП № 606069).
Разработанные в диссертации:
принципы построения, алгоритмы функционирования, принципы представления информации, продукционные правила и функциональные требования, предъявляемые к СИППР, внедрены в НПП «Система» при создании системы поддержки принятия решений руководителя борьбы за живучесть судна, а также в 1 ЦНИИ МО РФ при разработке требований, предъявляемых к системам управления техническими средствами кораблей и судов;
метод анализа и ранжирования факторов, влияющих на техническое состояние, метод определения эффективности технического обслуживания, а также анкета для опроса экспертов внедрены в ООО «Городской центр экспертиз» при выполнении НИР «Разработка предложений по повышению надежности объектов системы магистрального транспорта газа ООО «Газпром трансгаз Югорск» на основе анализа результатов диагностики, планируемых режимов транспорта газа, статистических и физических данных», а также при выполнении НИР «Разработка методики комплексного многопараметрического автоматизированного анализа состояния и оценки рисков аварий линейной части магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Югорск» на основе данных диагностики и мониторинга»;
принцип описания состава и структуры моделей транспортных средств, функциональные требования к системе информационной поддержки принятия решений, а также принцип комплексной оценки безопасности транспортных средств и его составляющие опубликованы в изданных Санкт-Петербургским университетом государственной противопожарной службы МЧС РФ (СПб УГПС МЧС РФ) монографиях:
-
Безопасность водного транспорта и человеческий фактор /В.С. Артамонов, В.С. Звонов, М.Л. Маринов, Д.А. Скороходов, А.Л. Стариченков, Н.И. Уткин. СПб.: УГПС МЧС РФ, 2011. – 372 с.
-
Проблемы безопасности водного транспорта при чрезвычайных ситуациях /В.С. Артамонов, В.С. Звонов, А.С. Поляков, Д.А. Скороходов, А.Л. Стариченков, Н.И. Уткин. СПб.: УГПС МЧС РФ, 2010. – 362 с.
-
Безопасность мореплавания высокоскоростных судов /В.С. Артамонов, В.С. Звонов, А.С. Поляков, Д.А. Скороходов, А.Л. Стариченков, Н.И. Уткин. СПб.: УГПС МЧС РФ, 2010. – 372 с.
принципы построения прогнозирующего алгоритма управления движением судна на воздушной подушке в аварийных ситуациях внедрены в ЦМКБ «Алмаз» при выполнении ОКР «Разработка концептуального проекта комплекса плавучих средств освоения месторождения, использующих принцип воздушной подушки для работы на мелководье», «Новый облик - ТСВП»;
метод оценки эффективности системы управления безопасностью судоходной компании и реализующее его программное обеспечение апробированы в пяти ведущих Российских судоходных компаниях (ООО «Волга-Нева» (СПб.), ООО «Трансоил» (СПб.), ЗАО «Балтком» (СПб.), ООО «Лукоил-Калининградморнефть» (СПб.), ООО «Дуглас» (СПб.));
Кроме того, разработанные в диссертации методы, модели и алгоритмы, а также реализующее их программное обеспечение использованы в восьми научно-исследовательских работах, выполненных при участии автора в Учреждении Российской академии наук Институте проблем транспорта им. Н.С. Соломенко РАН (ИПТ РАН) и на кафедре корабельных систем управления (КСУ) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПб ГЭТУ).
В учебном процессе результаты диссертации используются на кафедре КСУ СПб ГЭТУ при чтении курса лекций по дисциплине «Интегрированные системы управления кораблем», на кафедре организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ СПб УГПС МЧС РФ при проведении занятий по дисциплине «Пожарная тактика», а также на кафедре комплексных систем управления техническими средствами подводных лодок (КСУ ТС ПЛ) Военно-морского инженерного института (ВМИИ) при проведении практикума по дисциплине «Управление, сертификация и инновации. Теория автоматического управления».
Апробация работы. Основные научные положения, а также теоретические и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных научных конференциях и постоянно-действующих семинарах:
всероссийских конференциях по управлению движением кораблей и специальных аппаратов (ИПУ РАН, 1997, 1998, 2002, 2003);
всероссийских научно-практических конференциях «Транспорт России: проблемы и перспективы» (М., 2007, 2008, 2009, 2010, 2011);
всероссийской научно-технической конференции «Перспективы развития транспорта России» (СПб., 2005);
международных конференциях по морским интеллектуальным технологиям «Моринтех» (СПб., 2001, 2003, 2004, 2005, 2008, 2009, 2011);
международной конференции «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах» (СПб., 2002);
международной научно-практической конференции «Терроризм и безопасность на транспорте» (М., 2005);
международной конференции «Безопасность портов и мультимодальных транспортных систем» (СПб., 2008);
научно-технических конференциях молодых ученых (ЦНИИ «Электроприбор» (СПб., 1999, 2000, 2002);
российской научно-практической конференции судостроителей «Единение науки и практики - 2010» (СПб., 2010);
конференциях профессорско-преподавательского состава СПб ГЭТУ (1996–2010);
общероссийском семинаре «Современные методы навигации и управления движением» (М., ИПУ РАН, 2008);
постоянно действующем семинаре секции «Проблем транспорта» (СПб., Дом ученых им. А.М. Горького, 2000–2011);
постоянно действующем семинаре «Системы обработки информации и управления» (СПб., Институт проблем транспорта РАН, 2000–2009);
XXII общем заседании Академии навигации и управления движением (СПб., ЦНИИ «Электроприбор», 2006).
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 4-х монографиях, в 27-ми статьях, в том числе в 14-ти статьях, опубликованных в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в 21-ой публикации материалов всероссийских и международных научных конференций, в восьми отчетах по НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 473 страницы машинописного текста состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников из 177 наименований. Она содержит 78 рисунков, 41 таблицу, а также 3 приложения.
Методы оценки безопасности региональной транспортной системы
Органы управления и контроля посредством законодательных и иных нормативных и правовых актов (стрелки «3» на рис. 1.2), устанавливают правила функционирования различных элементов, их взаимодействия друг с другом, систему подчиненности и отчетности. Полученная от субъектов транспортного рынка отчетность (стрелки «И» на рис. 1.2) обобщается, анализируется и на ее основе формируются оценки эффективности функционирования ТС, определяются потребности и перспективы развития ТС, обеспечиваются мероприятия по реализации управляющих воздействий, направленных достижение требуемого уровня эффективности ТС и ее расширение ее функциональных возможностей. Транспортные предприятия и сфера услуг обеспечивают удовлетворение спроса на соответствующие виды транспортных и иных услуг (стрелки «У» на рис. 1.2) посредством использования системы коммуникаций и соответствующих компонентов инфраструктуры ТС. Функционирование транспортных предприятий, инфраструктуры и коммуникаций обеспечивается посредством использования трудовых ресурсов соответствующих территорий или Субъектов Федерации.
Органы управления непосредственно участвуют в развитии элементов транспортной системы через бюджетное финансирование, формирование тарифов или через привлечение инвестиций. Доходы, получаемые субъектами транспортного рынка от своей деятельности в виде налогов и услуг, поступают в бюджеты соответствующих органов государственной власти. Для своего развития и развития технологически взаимосвязанных элементов ТС субъекты транспортного рынка могут привлекать внутренние инвестиции, за счет использования собственной прибыли и привлечения кредитов.
Таким образом, РТС представляет собой иерархическую многоуровневую систему с различной внутренней структурой элементов, уровнем эффективности и с противоречивыми целями функционирования и развития. Обеспечение эффективного функционирования РТС невозможно без использования современных методов управления и информационных технологий. В основу указанных методов должна быть положена теория построения сложных организационно-технических систем (ОТехС) [93, 120], позволяющая получить описание РТС с заданной степенью детализации и решать задачи прогнозирования развития, безопасности функционирования РТС, построения эффективной структуры, анализа и оптимизации транспортных и информационных потоков.
В настоящее время в России отсутствуют единые методы оценки и обеспечения безопасности для различных видов транспортных средств и для различных этапов транспортного процесса. Наиболее известный метод, позволяющий выполнить всестороннюю оценку риска аварий и связанных с ней угроз, анализ достаточности принятых мер по предупреждению аварии, по локализации и ликвидации последствий аварии, получил обобщенное название «Вероятностный анализ безопасности (ВАБ)» [95].
Методология ВАБ основана на системном анализе безопасности, который обеспечивает возможность установления основных источников аварий на объекте, разработку необходимых средств и мероприятий для достижения приемлемого уровня безопасности на проектной стадии и для поддержания этого уровня безопасности при эксплуатации объекта. Метод позволяет оценить уровень детерминистических принципов обеспечения безопасности, определить условия их эффективного применения и дать направление по дальнейшему совершенствованию действующих нормативных документов.
В качестве исходной информации используется, как правило, только проектная документация и эксплуатационная документация, обобщающая опыт эксплуатации изучаемого объекта или аналогичных ему объектов.
В качестве методологической основы выполнения ВАБ используется широко применяемая в мировой практике методология деревьев событий (ДС) и деревьев отказов (ДО). Структурно-логические модели ДО и ДС с точки зрения набора определяемых по ним минимальных сечений системы эквивалентны. Под минимальным сечением понимается совокупность первичных событий в системе, обладающая двумя свойствами: совместная их реализация приводит к отказу системы; наступление любой комбинации меньшего числа событий не приводит к отказу системы.
Как правило, при анализе систем, состоящих из большого числа элементов, применяются оба эти метода совместно и построение структурно-логической модели проводится в два этапа: построение системных деревьев событий или отказов, элементами которых являются функциональные блоки (каналы) системы; построение деревьев отказов для каждого функционального блока (канала). Поэтапное построение моделей надежности с использованием промежуточных моделей в форме структурно-функциональных диаграмм и/или системных деревьев событий дает более глубокое понимание поведения системы и позволяет учесть все особенности ее использования, которые могут повлиять на количественные показатели надежности.
Моделирование функциональной структуры региональной транспортной системы на базе модифицированной сети Петри
Проблема отсутствия или недостоверности собираемой статистической информации привела к идее создания региональных логистических центров, которые должны отвечать за первичный сбор и обработку информации о транспортных процессах для принятия оперативных управленческих решений и контроля за обстановкой.
На данный момент существующие операторские компании обеспечивают лишь частичное удовлетворение потребностей грузоотправителей и грузополучателей в оказании услуг, связанных с перевозкой грузов. Крупные предприятия-грузоотправители самостоятельно создают структурные подразделения, занимающиеся перевозкой сырья и доставкой собственной продукции получателю, что в целом не решает проблемы перевозок в масштабах региона.
Существующие на рынке программные продукты для логистической деятельности позволяют облегчить работу транспортных компаний. Автоматизированные системы управления логистическими цепочками позволяют выполнять экспедиторские задачи (ведение клиентских баз данных, оформление и работа с заявками, контроль оказываемых услуг); задачи координации деятельности различных торговых структур (координационного центра, транспортного, оптово-розничного, производственного отделов и отдела консолидации грузов); предоставляют возможность интеграции с системами навигации и позиционирования (GPS, GSM). Также в системе предусмотрена возможность расчета возврата инвестиций для конкретного предприятия, но это носит скорее рекомендательный характер, вырисовывая общую картину событий, чем содержит конкретные практические рекомендации [77].
Другая проблема транспортировки заключается в стыковке транспортных потоков в пунктах перевалки грузов на другие виды транспорта. Все это приводит к тому, что издержки на планирование и -организацию—грузоперевозок—составляют—20=3.0.%—конечной—стоимости. доставляемого товара, а это в свою очередь ведет к уменьшению доходов российских компаний.
Именно по этим причинам для комплексного решения возникших проблем в Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России на 2010-2020 годы» предусмотрен пункт о создании информационного и технологического взаимодействия отдельных видов транспорта в едином комплексе страны, разработке единых автоматизированных систем управления перевозками и создании общетранспортных логистических систем.
Нужно отметить, что у РЖД, по сравнению с другими видами транспорта, накоплен богатый опыт по созданию различных диспетчерских систем. Высокий уровень информатизации позволяет применять новые технологии планирования и оптимизации перевозок, согласования процессов перевалки грузов на другие виды транспорта, прохождения таможенного контроля и рационального использования транспортных средств.
Опыт внедрения логистических центров на транспортный рынок России пока невелик. Краснодарский центр транспортной логистики является единственным в своем роде. Центр поддерживает конкурентоспособность автоперевозчиков Кубани, обеспечивая правовую защиту посредством тесного взаимодействия с администрацией края, создает единое информационное пространство для участников автомобильного рынка края, предоставляет сервисное обслуживание на пути следования (склады, автостоянки) [101]. Другим нереализованным примером является проект создания автоматизированных систем в морских портах по перевалке грузов на железную дорогу. Система должна была стать многофункциональной и удовлетворять информационным потребностям не только грузовых служб портов, но и таможенной службы, перевозчиков, операторов, экспедиторов и -т.д Обеспенивать_взаимодействие—с_существующими_информационными системами железнодорожного транспорта: системой автоматизированного учета вагонного парка, системой автоматизированного учета контейнерного парка, системой оформления и ведения перевозочных документов [90].
Концепция создания логистических центров должна учитывать в первую очередь место логистического центра (ЛІД) в региональной транспортной системе, откуда будут вытекать его функции и роль в управлении транспортными процессами региона. На рис.2.1 представлены возможные варианты организации логистического центра. Вариант 2.1а предполагает простейший случай организации, где ЛЦ является промежуточным звеном между верхним уровнем (федеральный округ) и нижним уровнем (субъекты федерации). Вариант 2.16 предполагает размещение ЛЦ как центра сбора и обмена информацией между субъектами федерации, причем центр не связан никаким образом с федеральным округом. Вариант 2.1 в предполагает размещение ЛЦ на верхнем федеральном округе, как информационного ядра всего региона с накоплением региональной базы данных и последующим распределением. Вариант 2.1 г является самым сложным с точки зрения его организации, т.к. предполагает размещение местных ЛЦ на нижнем уровне, подчиненных единому региональному ЛЦ. Но при этом данная организация предоставляет широкие возможности по управлению транспортными потоками. Функции ЛЦ разделяются также на функции верхнего и нижнего уровня.
Принципы количественной оценки уровня безопасности транспортных средств
Безопасность объектов транспортировки в местах их дислокации (рис. 3.11) характеризуется следующими составляющими: противопожарной безопасностью мест дислокации объектов транспортировки; безопасностью охраны объектов транспортировки от несанкционированного доступа и террористических действий; безопасностью условий размещения объектов транспортировки. Потери объектов транспортировки от условий их хранения могут быть не только значительными, но и катастрофическими, особенно в случае возникновения пожара. Поэтому размещение объектов транспортировки требует высокой квалификации обслуживающего персонала и применения систем информационной поддержки и средств логистики, в значительной степени упрощающих данную задачу [12]. Взрыво- и пожаробезопасность помещений наиболее сложная составляющая безопасности объектов транспортировки и наиболее ответственная, так как она требует существенных капитальных затрат при строительстве мест дислокации объектов транспортировки (вокзалов, портов или складов).
Организация охраны объектов транспортировки требует применения соответствующих систем охранной сигнализации, совмещаемых с системами пожарной сигнализации, а также специальных мер по защите от террористических действий. Следует отметить эффективность технических систем охраны. Так по данным, представленным в [49], через 2-3 месяца после установки телевизионной системы охраны снижаются различные виды преступлений на транспорте на 20-80 %. Еще больший эффект дает применение интеллектуальных ТВ-средств, обеспечивающих анализ изображений и распознавание движения.
Безопасность условий размещения объектов транспортировки определяют сохранность груза в местах его хранения или перевалки [141] и комфортные условия для пассажиров ТрС.
Данная составляющая процесса обеспечения безопасности (рис.3.12) определяется: безопасностью организационной структуры управления; безопасностью технического обслуживания и ремонта (ТО и Р); безопасностью технических средств, обеспечивающих управление ТрС; безопасностью персонала. Организационная структура управления должна обеспечивать высокую оперативность, надежность и полноту контроля за ходом транспортировки, а также четкую работу всех подразделений в бесперебойном транспортном процессе и их правильную соподчиненность.
В связи с ростом сложности транспортного процесса существующая структура управления на транспорте не всегда обеспечивает получение и переработку полной, достоверной информации о действительном состоянии ТрС. Использование современных компьютерных технологий [21] позволит разрабатывать решения оперативных задач по обеспечению безопасности движения и передавать эти решения персоналу ТрС.
Организационная структура ТО и Р обеспечивает работу подразделений по сервисному обслуживанию ТрС в местах выгрузки-загрузки груза или пассажиров и по аварийному ремонту в пути следования. Надежность и оперативность работы этих подразделений обеспечивает безопасность ТрС в пути следования. Информация о ТрС для данных структур является фактором, обеспечивающим выработку оптимального решения по управлению и обслуживанию подвижного объекта. Это определяет необходимость совершенствования технических средств, обеспечивающих работу персонала структур управления ТрС. Для этого необходимо предусматривать оснащение транспортных средств и структуры управления ими аппаратурой, позволяющей в любой момент времени иметь информацию о местоположении ТрС и его состоянии. Актуальное значение в этом плане имеет, кроме использования средств вычислительной техники, применение средств спутниковой связи. Особенно важную роль эта система должна играть при принятии решений в экстремальных ситуациях.
Профессиональная пригодность персонала оказывает большое влияние как на полноту использования потенциальных возможностей каждого работника, так и на эффективность работы транспортных компаний в целом. Психологическому тестированию необходимо подвергать в обязательном порядке лиц, связанным с движением ТрС. Такое тестирование играет важную роль при приеме на работу, в поддержании требуемого качественного уровня персонала в служебных перемещениях и в предупреждении аварий. Для разработки конкретных мер по предупреждению аварий наряду с выявлением психофизиологических характеристик групп людей причастных к авариям, необходимо учитывать круг выполняемых ими служебных обязанностей и виды аварий.
Обобщая вышеизложенное, можно констатировать, что при оценке безопасности транспортных средств необходимо учитывать каждую из представленных на рис.3.8 составляющих, поскольку все они существенно влияют на качество процесса обеспечения безопасности. Рассмотрим конкретные методы и средства повышения безопасности ТрС по каждой из 4-х вышеуказанных составляющих.
Состав и структура единой среды моделирования основных конструктивных элементов судна на подводных крыльях и его подсистем
Таким образом, мы установили, что неравенство (5.14) выполняется всегда. Следовательно, требуемые значения константы С удовлетворяют условию (5.13). Поэтому, если, в случае отсутствия управляющих и внешних возмущающих воздействий, аппроксимировать границу области устойчивых движений нелинейной динамической системы (5.1) эллипсом (5.6), где С выбирается наибольшим, исходя из условия (5.13), то все движения рассматриваемой системы в пространстве параметров состояния (х2, х\), начинающиеся внутри данного эллипса будут носить устойчивый характер. Момент выхода вектора состояния системы (5.1) из области, ограниченной данным эллипсом, будет означать переход из устойчивого к неустойчивому движению рассматриваемого объекта и, следовательно, будет однозначно свидетельствовать о наличии аварийной ситуации.
Рассмотренный выше вариант является идеализированным частным случаем движения высокоскоростного судна. Однако, полученные результаты оказываются необходимыми при переходе от частного случая движения СВП в горизонтальной плоскости к более общему случаю движения. Пользуясь данными результатами, перейдем к рассмотрению вопроса определения области устойчивых движений высокоскоростного водного ТрС для наиболее интересного случая его движения, а именно для случая присутствия в системе управляющего и внешних возмущающих воздействий.
Поскольку с математической точки зрения нас интересует не отдельно взятые значения управляющего и возмущающего воздействий, а результат их взаимного действия, т.е. алгебраическая сумма данных воздействий, то представляется целесообразным ввести понятие эквивалентного внешнего возмущения 8, которое, согласно обобщенной математической модели МПО [83], определим как : д = Вд + w , где В - матрица коэффициентов управляющих воздействий, w -матрица возмущающих воздействий, которые создает на корпусе судна ветро-волновой процесс.
Тогда, рассматриваемая система нелинейных дифференциальных уравнений, описывающая движение СВП в горизонтальной плоскости запишется в следующем виде: = «11 1 +ЩХ2+а2Х2 + аъх\+8\ = Fl(xl х2 $\) х2 = я21 1 + «22 2 + 82=F2 О] ,x2,S2) где ё\ = b\\S + w\(t), S2 = Ъ2\8 + w2(t)
При этом, количество особых точек в системе (5.15) и их тип по сравнению с системой (5.1) не изменится вплоть до достижения некоего граничного значения эквивалентного внешнего возмущения дгр, при котором произойдет потеря устойчивости в системе, а значения координат данных точек в плоскости параметров состояния (х\, х2) будут определяться исходя из условия равенства нулю правых частей системы (5.15)
Будем оценивать область притяжения «устойчивого фокуса» системы (5.15), т.е. уже новой точки, смещенной по отношению к центру координат в виду появления составляющих д\ и 82 , с помощью функции Ляпунова, вида:
Выражение для производная V функции V в силу системы линейного приближения в окрестности новой устойчивой точки запишется в следующем виде : Полученное выражение для константы А, с одной стороны, является функцией от коэффициентов матрицы состояния, а также коэффициентов матриц управляющих и возмущающих воздействий обобщенной математической модели МПО [83], а, с другой стороны, при нулевых возмущении и управлении данное выражение (5.19) превращается в полученное ранее выражение (5.4), подтверждая тем самым правильность проведенных расчетов.
Кроме того, исследования показали, что полученное выражение (5.13) для константы С полностью удовлетворяет рассматриваемому случаю наличия управляющих и возмущающих воздействий, т.е. при замене системы вида (5.1) на систему вида (5.15) в выражении для С меняется только значение константы А, которое мы определили выражением (5.19).
Таким образом, в результате проведенной работы установлено, что область устойчивых движений СВП в горизонтальной плоскости (область притяжения точки равновесия типа «устойчивый фокус») содержит внутри себя эллипс:
Кроме того, легко заметить, что полученное выражение для границы области устойчивых движений СВП в горизонтальной плоскости (5.20) является функцией от коэффициентов обобщенной математической модели объекта [83]. Данный факт имеет большое значение с точки зрения простоты и наглядности построения областей устойчивых движений ТрС. Другими словами, предлагаемый метод эллиптической аппроксимации области устойчивых движений обладает несомненным преимуществом, поскольку позволяет в ускоренном масштабе времени, не решая дифференциальные уравнения движения, определять область устойчивости рассматриваемого объекта. Быстрота и наглядность получаемых при использованием данного метода результатов позволяет в дальнейшем осуществить переход к прогнозированию возникновения аварийных ситуаций по расположению особых точек и деформации области устойчивости исследуемого ТрС.
Убедиться в правильности полученных выражений для определения границы области устойчивых движений рассматриваемого объекта можно проанализировав рисунки 5.2 -5.4, на которых изображены области устойчивых движений СВП в горизонтальной плоскости, построенные с использованием выражения (5.20) для трех значений эквивалентного внешнего возмущения. Действительно, все движения рассматриваемой системы (5.15), описывающей движение СВП в горизонтальной плоскости, в пространстве параметров состояния {х2,х\), начинающиеся внутри эллипса, носят устойчивый характер. Небольшие отклонения за границу области устойчивости приводят к возникновению неустойчивых движений в рассматриваемой системе, тем самым, подтверждая правильность проведенных расчетов и правомерность аппроксимации данной области эллипсом (5.20).
