МАТЕМАТИЧЕСКАЯ  ОЦЕНКА  ЭФФЕКТИВНОСТИ  РАБОЧЕГО  МЕСТА  СУДОВОДИТЕЛЯ

Иванцов  Владимир  Александрович

студент  1  курса,  кафедра  судовождения  ФГБОУ  ВО  «КГМТУ»,  РФ,  г.  Керчь

Е-mail :  vivantsow@mail.ru

Куликовский  Валерий  Вадимович

студент  1  курса,  кафедра  судовождения  ФГБОУ  ВО  «КГМТУ»,  РФ,  г.  Керчь

Е-mail :  kulikovskii1997@mail.ru

Хапугин  Вадим  Андреевич

студент  1  курса,  кафедра  судовождения  ФГБОУ  ВО  «КГМТУ»,  РФ,  г.  Керчь

Е-mail :  pympa-vadim@mail.ru

Василенко  Марк  Игоревич

студент  1  курса,  кафедра  судовождения  ФГБОУ  ВО  «КГМТУ»,  РФ,  г.  Керчь

Е-mail :  vasilenkomark@gmail.com

Егорова  Светлана  Николаевна

научный  руководитель,  старший  преподаватель  кафедры  высшей  математики  и  физики  ФГБОУ  ВО  «КГМТУ»,  РФ,  г.  Керчь

Актуальность. 

Вопрос  совершенствования  штурманской  службы  привлекает  широкое  внимание  отечественных  и  зарубежных  специалистов,  поскольку  этот  вопрос  теcно  связан  с  производительностью  труда,  надежностью  системы  «человек-машина»,  безаварийностью,  зависит  от  уровня  профессионального  мастерства  штурманского  состава,  новизны  навигационного  и  промыслового  оборудования  [2]. 

Внедрение  информационных  технологий  позволило  освободить  судоводителя  от  выполнения  однообразных  рутинных  действий,  снабдило  его  необходимой  информацией  в  удобной  и  наглядной  форме.  В  системах  управления  морскими  судами  (на  ходовых  мостиках  судов)  появились  электронные  карты,  системы  автоматической  радиолокационной  прокладки,  автоматические  идентификационные  системы,  компьютерные  системы  для  выполнения  грузовых  операций  и  многое  другое. 

Несмотря  на  хорошую  техническую  оснащенность  современных  судов,  вопрос  об  эффективности  рабочего  места  судоводителя  продолжает  играть  одну  из  основных  ролей  в  процессе  правильной  эксплуатации  судового  оборудования,  обеспечивающего  безопасность  плавания. 

Анализ  публикаций.   Вопросам  обеспечения  и  повышения  безопасности  мореплавания,  судовым  системам  управления,  автоматизации  рабочего  места  судоводителя  посвящено  немало  работ  [1—6;  8].

Заслуживает  внимание  работа  [2],  посвященная  исследованию  деятельности  судоводителя  промыслового  судна  и  возможных  путей  ее  оптимизации.  Автор  рассматривает  возможности  оптимизации  и  повышения  эффективности  работы  судоводителя  на  рыболовецком  судне  типа  «Горизонт»,  где  ходовой  мостик  совмещен  с  кормовой  и  штурманской  рубками.  Проблема  заключалась  в  том,  что  при  таком  расположении  помещений,  судоводителю  приходилось  слишком  долго  перемещаться  между  приборами,  а  из  разных  частей  мостика  обзор  был  неполным  или  его  практически  не  было.  Р.Б.  Брандт  старался  решить  эту  проблему  лишь  заменой  приборов  местами,  уменьшением  расстояния  между  ними,  ликвидацией  переборок  и  стен  между  помещениями  и  приборами,  а  также  внося  некоторые  коррективы  в  структуру  судна  (например,  предлагал  целесообразно  располагать  дымоходные  трубы  и  мачты,  чтобы  избежать  появления  так  называемых  «мертвых»  зон  в  обзоре  окружающего  пространства  из  рубки).

В  период  его  исследований  это  было  единственным  способом  оптимизации  рабочего  места  судоводителя  и  его  функциональности.  Именно  поэтому  мы  решили  сравнить  его  работу  и  современные  исследования  по  данному  вопросу,  где  с  внедрением  информационных  технологий  работа  судоводителя  сводится  вплоть  до  удаленного  управления  судном. 

Целями  нашего  исследования  стали: 

1.  изучение  математических  основ  и  особенностей  работы  судоводителя;

2.  исследование  зависимости  эффективности  работы  судоводителя  от  архитектуры  его  рабочего  места;

3.  получение  ряда  количественных  характеристик  деятельности  судоводителя  и  исследование  влияния  на  них  размещения  аппаратуры  в  рубке.

Цели  работы  определили  главную  задачу:  на  основании  ряда  количественных  характеристик  деятельности  судоводителя  сопоставить  возможные  пути  оптимизации  рабочего  места,  выявить  наиболее  актуальные  и  целесообразные  способы  решения  этого  вопроса.

Основное  изложение  вопроса.   Рассмотрим  деятельность  штурмана  на  ходовом  мостике  с  количественной  стороны.

Размещение  приборов  на  ходовом  мостике  судна  в  процессе  проектирования  осуществляется  на  основе  накопленного  опыта:  либо  это  экспертные  оценки  специалистов,  либо  традиции.  Научное  обоснованное  решение  этого  вопроса  возможно  только  при  количественном  анализе  деятельности  вахтенного  штурмана.  Цель  такого  анализа  —  получить  ряд  количественных  характеристик  деятельности  и  исследовать  влияние  на  них  размещения  аппаратуры  в  рубке.  Информацию  о  количественных  характеристиках  работы  судоводителя  в  рубке  можно  получить,  хронометрируя  судовые  вахты  в  форме  кинограмм. 

В  работе  [2]  было  выбрано  несколько  наборов  характеристик:  частота  обращения,  время  перехода  от  одного  прибора  к  другому,  продолжительность  работы  с  прибором  в  течение  вахты,  по  различным  типам  промысловых  судов  в  различных  производственных  ситуациях,  в  естественной  рабочей  обстановке.  Это  привело  к  необходимости  применить  для  обработки  результатов  хронометража  приёмы  математической  статистики,  такие  как  получение  средних  значений  и  средних  квадратичных  отклонений. 

Обозначим  номера  приборов  нижними  индексами  ,  =1,  2…  ,  где    —  общее  число  приборов  в  рубке.  Тогда  введём    —  среднюю  частоту  общений  от  прибора  с  номером    к  прибору  с  номером  .  Сумма  частот  по  всем  номерам    даёт  общую  среднюю  частоту  обращения  к  прибору  с  номером    за  вахту:

  (1)

Среднее  время  работы  за  вахту: 

,  (2)

где    —  среднее  время  работы  с  прибором    за  один  подход.

Аналогично  можно  ввести  общее  среднее  время,  затраченное  на  однократные  переходы  к  прибору  :

  ,  (3)

где    —  среднее  время  перехода  от  прибора    к  прибору  . 

Это  время  перехода  к  -му  прибору,  пользуясь  эргономической  терминологией,  можно  назвать  временем  подготовки  -й  операции  —  однократной  работы  с  -м  прибором.

Считая  скорость  перемещения  судоводителя  в  рубке  примерно  постоянной,  независимо  от  ситуации  и  номера  операции,  можно  вместо  времени    ввести  его  координаты.  Для  этого  в  план  рубки  вводится  произвольная  система  декартовых  координат,  где  ось  OX  —  по  линии  лобовой  переборки,  ось  OY  —  по  линии  диаметральной  плоскости  и  в  этой  системе  каждый  прибор  получает  свои  координаты  :

Рисунок  1.  Система  декартовых  координат  в  рубке

Тогда  расстояние  между  приборами    и  : 

  (4)

где  ,    —  проекции  этого  расстояния  на  выбранные  оси  координат. 

Обозначив  скорость  перемещения  судоводителя  в  рубке  ,  можно  записать: 

  ,  (5) 

    .  (6) 

Введенный  набор  средних  величин  можно  представить  комплексом  в  виде  ориентированного  графа,  вершины  которого  соответствуют  определенному  прибору,  а  дуги  —  отношениям  между  приборами.  Количественно  можно  сопоставить  вершины  и  время  работы  с  прибором,  соответствующим  данной  вершине,  дуги  и  частоту  взаимных  обращений  между  вершинами  и  расстояние  между  ними.  На  рис.  2  приведены  экспериментально  полученные  значения  вероятности  использования  судоводителем  наиболее  важных  навигационно-промысловых  приборов. 

Рисунок  2.  Вероятность  обращения  к  навигационно-промысловым  приборам

Эти  данные  можно  ориентировочно  использовать  при  размещении  приборов  на  ходовом  мостике.  Например,  вероятность  обращений  от  FNR  к  ЛИПСу,  от  FNR  к  КПИ,  от  ЛИПСа  к  «Березке»  достаточно  высока.  Отсюда  следует,  что  эти  приборы  должны  располагаться  рядом.

В  нашей  работе  мы  также  исследовали  эффективность  расположения  средств  управления  навигационной  и  гидроакустической  аппаратурой  на  судне  Alexander  B  типа  контейнеровоз.  Вместимость:  14072  т.,  тоннаж:  18530  т.

Рисунок  3.  К онтейнеровоз  Alexander  B

Данные  наблюдений  приведены  в  табл.  1,  где  в  1-й  строке  указаны  названия  приборов,  во  2-й  строке  показано  время  одного  обращения  к  прибору  (в  секундах    ),  в  3-й  строке  показано  количество  обращений  к  прибору  за  вахту,  в  4-й  строке  показана  общая  длительность  использования  прибора  за  вахту  (в  секундах). 

Таблица  1. 

Количественные  характеристики  использования  навигационной  аппаратуры  контейнеровоза  Alexander  B

Анализ  наблюдений  показывает,  что  контейнеровозы  указанной  модификации  современной  постройки  (2006  г.)  имеют  наиболее  удачное  эргономическое  расположение  приборов  на  ходовом  мостике.  Среднее  время  обращения  к  прибору  минимизировано,  все  приборы  компактно  размещены:

Рисунок  4.  Размещение  навигационного  оборудования:  1)  пульт  управления  электродвигателями;  2)  аксиометр  —  указатель  положения  руля;  3)  электронная  картография;  4)  репитер  (повторитель)  эхолота  и  лага;  5)  радиолокационная  станция;  6)  датчик  тягового  усилия  лебедки

Штурман  сидит  на  мостике  вместе  с  остальными  членами  команды.  Кроме  классических  линеек  и  циркулей  ему  помогает  современное  оборудование:  два  GPS-навигатора  и  автоматическая  система  идентификации  судов  в  радиусе  30  миль  (нижний  ряд),  репитеры  лага  и  гирокомпаса,  метеостанция  (средний  ряд),  два  эхолота  с  самописцем  (верхний  ряд)  на  рис.  5.

Рисунок  5.  Классическое  оборудование

Перспективные  исследования  в  области  эргономики  судовождения  [3;  6]  показывают,  что  в  2025  году  капитанские  мостики  на  грузовых  кораблях  будут  выглядеть  совершенно  не  так,  как  они  выглядят  сейчас.  Основываясь  на  исследовании  работы  и  нужд  капитана,  а  также  его  помощников  и  команды,  Университет  Аалто,  VTT  и  Rolls-Royce  Marine  разработали  уникальную  концепцию  универсального  капитанского  мостика  с  дополненной  реальностью:

Рисунок  6.  Капитанский  мостик  будущего

Это  будет  система,  способная  распознавать  каждого  члена  команды  и  подстраиваться  под  его  индивидуальные  нужды:  показывать  на  экране,  который  занимает  всё  стекло  рубки,  различную  запрашиваемую  информацию,  регулировать  спинку  кресла,  и  многое  другое.  На  экране  могут  отображаться  невидимые  из-за  тумана  препятствия,  курс  самого  корабля  и  проходящих  рядом  морских  судов,  он  позволит  членам  экипажа  обмениваться  между  собой  информацией  и  видеть  в  тёмное  время  суток.  Кроме  всего  прочего,  бортовой  компьютер  будет  сообщать  эти  данные  другим  кораблям.

Параллельно  с  этим  проектом  разработчики  планируют  реализовать  ещё  одну  идею:  ввести  дистанционное  управление  кораблями .  Предполагается,  что  это  позволит  повысить  безопасность  и  эффективность  морских  грузоперевозок  и  путешествий.  Автономные  системы  начнут  проникать  в  крупные  морские  суда  уже  в  самом  ближайшем  будущем,  и  VTT  и  Rolls-Royce  уже  работают  над  их  первым  поколением.  Первоначально  они  будут  включать  в  себя  блоки  контроля,  которыми  можно  будет  дистанционно  управлять  с  мостика  или  с  суши.  «С  позиции  требуемых  технологий,  дистанционное  управление  контейнерным  судном  возможно  уже  сейчас»,  говорит  VTT  в  официальном  релизе  [6].  «Однако,  до  того  как  полностью  автономные  грузовые  суда  выйдут  в  море,  эта  концепция  должна  получить  повсеместное  общественное  одобрение»  [там  же].  И  это  произойдёт  до  того,  как  VTT  и  Rolls-Royce  создадут  новый  капитанский  мостик  будущего,  и  первые  дистанционно  управляемые  корабли  заступят  на  свою  службу  уже  в  ближайшие  годы.

Вывод ы.  Исходя  из  результатов  проделанных  исследований,  можно  утверждать,  что  управление  судном  представляет  собой  большой  комплекс  взаимодействия  технических  средств  и  человека-оператора.  Проведенная  математическая  оценка  эффективности  рабочего  места  судоводителя  доказала  необходимость  эргономичного  размещения  навигационного  оборудования.  Использование  автоматизированного  рабочего  места  поможет  повысить  эффективность  и  безопасность  мореплавания.  На  данный  момент  уже  имеется  система,  находящаяся  на  стадии  разработки,  которая  может  выполнить  данные  требования  по  обеспечению  требуемого  уровня  безопасности.  Если  будет  принято  решение  о  вводе  данной  системы  в  эксплуатацию,  значительно  уменьшится  количество  аварийных  случаев  и  упростится  порядок  управления  судном.

Список  литератур ы: 

1.Адерихин  И.В.,  Воротынцева  М.Г.  Метод  оценивания  показателей  готовности  системы  управления  судном.  Научный  журнал  «Вестник  Астраханского  государственного  технического  университета».  Астрахань:  Изд.  АГТУ,  —  №  2,  —  2005.  —  С.  199—204.

2.Брандт  Р.Б.  Эффективность  и  качество  работы  судоводителя.  Мурманск:  Мурманское  книжное  издательство,  1978.  —  112  с.

3.Вагущенко  JI.JI.  Интегрированные  системы  ходового  мостика.  Одесса:  Лат-стар,  2003.  —  170  с.

4.Воротынцева  М.Г.  Методика  оценивания  показателей  функционирования  эргатической  системы  управления  морским  судном:  дис…канд.  т.  н.  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа:  —  URL:  http://www.dissercat.com/content/metodika-otsenivaniya-pokazatelei-funktsionirovaniya-ergaticheskoi-sistemy-upravleniya-morsk   (дата  обращения:  20.01.2015).

5.Зеленин  М.П.  Эргономика  на  морском  транспорте.  М.:  Транспорт.  1980.  —  276  с.

6.Концепт  виртуального  капитанского  мостика  от  Rolls-Royce:  корабль  без  экипажа  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа:  —  URL:  http://  www.novate.ru/blogs/151214/29126   (дата  обращения:  20.01.2015).

7.Пустальнин  Е.И.  Статистическая  обработка  результатов  наблюдений.  М.:  Физматгиз,  1968.  —  216  с.

8.Чертов  В.В.  Методика  оценивания  готовности  эргатической  системы  управления  судном  к  решению  задач  расхождения.  Диссертация  на  соиск.  уч.  степени  к.т.н.  МГАВТ.  М.,  2001.  —  172  с.