ОЦЕНКА РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ УРОВНЮ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЗРЫВОТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 629.1-498

ОЦЕНКА РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ УРОВНЮ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЗРЫВОТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ

Д.С. Найденов

адъюнкт кафедры (спасательных

робототехнических средств)

Академия гражданской защиты МЧС России

Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,

мкр. Новогорск

E-mail: naidenov-dndQmail.ru

С.С. Носков

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой (спасательных робототехнических средств) Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: s.noskovQamchs.ru

Е.В. Полевой

преподаватель кафедры (спасательных

робототехнических средств)

Академия гражданской защиты МЧС России

Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,

мкр. Новогорск

E-mail: е.polevoiQamchs.ru

Аннотация. Представлен алгоритм расчета интегрального показателя технического уровня робототехнических средств по видам работ с целью определения возможности применения робототехники при ликвидации чрезвычайных ситуаций. Значение интегрального показателя технического уровня робототехнических средств по видам работ позволяет количественно оценить степень соответствия технических характеристик робота значениям поражающих факторов ЧС, условиям применения и объемам работ при ликвидации ЧС. В основу расчета интегрального показателя технического уровня робототехнических средств по видам работ положена мультипликативная свертка единичных показателей в обобщенный показатель с учетом весовых коэффициентов частных показателей. Разработанный алгоритм дает возможность математически обосновать выбор робототехнических средств при проведении взрыво-технических работ.

Ключевые слова: робототехническое средство; технический уровень; частные показатели; интегральный показатель; чрезвычайная ситуация.

Цитирование: Найденов Д.С., Носков С.С., Полевой Е.В. Оценка робототехнических средств по техническому уровню при проведении взрывотехнических работ // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2021. № 3 (50). С. 59-67.

В настоящее время неотъемлемой частью развития государства является рост промышленного производства, что, в свою очередь, ведет к увеличению количества потенциально опасных объектов. Необходимо также отметить, что ряд существующих объектов экономики не обладают совершенными системами защиты от возникновения аварий. Все это приводит к повышению вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций (далее - ЧС) техногенного характера, а также увеличивает угрозу жизни и здоровью спасателей. Задачей государства, а частности МЧС России, является обеспечение безопасности личного состава, принимающего участие в ликвидации ЧС. Для решения данной задачи целесообразнее использовать робототехнические средства (далее - РТС), которые позволяют проводить

работы без непосредственного нахождения человека в зоне ЧС.

Анализ известного научно-методического аппарата и нормативных правовых актов [1, 2, 31 показал, что разработанные теоретические положения и методики не позволяют учесть ряд факторов при обосновании номенклатуры и количества РТС, предназначенных для выполнения аварийно-спасательных работ. В частности, существующие модели и методики не учитывают стойкость РТС к поражающим факторам ЧС, защищенность оператора, показатель оперативности и технической готовности робототехники, а также ряд других факторов. Невозможность на стадии планирования определить насколько приспособлено РТС к работе в ЧС определенного характера негативно отражается на управленче-

ских и организационно-технических решениях но рациональному применению робототехники.

Вследствие этого возникает необходимость в разработке методических рекомендаций органам управления спасательных воинских формирований МЧС России но выбору РТС для применения в зоне '1С.

Проведенный анализ применения РТС [4| показал, что РТС применяются на наиболее опасных участках с целью минимизации вероятности гибели, а также травматизма спасателей и увеличения производительности работ. В то же время, практика показала, что заблаговременно непроведенная оценка возможности использования РТС в условиях воздействия поражающих факторов ЧС может привести к увеличению времени ликвидации аварии и, соответственно, к увеличению времени воздействия поражающих факторов ЧС. Задача научно обоснованного применения РТС в работах но ликвидации ЧС может быть реше-

на путем количественной и качественной оценки приспособленности робототехники к объемам и условиям работ в ЧС.

Оценку приспособленности РТС к условиям ЧС целесообразно осуществлять в два этапа.

На первом этапе необходимо провести качественную оценку возможности применения РТС для проведения взрывотехничееких работ (далее ВзТР) на основе морфологи чееко-IX) анализа с применением аппарата математической логики для обработки результатов.

Морфологический ящик может быть представлен в виде таблицы, входами которой являются:

по столбцам перечень РТС, имеющихся в распоряжении руководителя ликвидации ЧС;

по строкам перечень частных требований, обусловленных характеристиками условий ЧС.

Пример морфологического ящика представлен в таблице 1.

Таблица 1 Пример формирования морфологической таблицы соответствия РТС условиям выполнения ВзТР

на ЯР 1 5 ,11 и. & С Показатель, характеризующий условия приме не ней РТС Показатель, х ар акт еризукщий необходимость выполнения /г-го вида работ ( необходимо; Р ( 0, не требуется. Соответствие РТС требуемым значениям. 1 (соответствует) 0 (не соответствует)

РТС! РТС; РТС,

н о из ^ Й л О о 9 = £ - = о — Б о ^ к — И 1— Проведение визуальной разведки <¡1 <?11 412 9и

Проведение специальной р азведки % Чг 1 Чг г

Проведение манипуляционных грузоподъемных работ Ъ Чз 1 Ч51-2 Чз!.

Проведение землеройных работ Чм. 44 2 Чль

Проведение площадных работ ц 45 1 45 1

Продолжение таблицы 1

о? Ё 5 1 Й Й ¡3 — * с р Показатель, характеризующий условия применения РТС Показатель, х ар а итерирующий неооходимость выполнения р-то вида работ ^ | 1, необходимо; Р не требуется. Соответствие РТС требуемым значениям. 1 (соответствует)''0 (не соответствует)

РТС! РТСг РТС,;

Ш § Ъ н н ^ о о лес £ нЗ ® п ^ Ь ° о р_ Я § В § з 3 ЧО 0 - 1 Н О е> | ~ Доставка автомобильным транспортом <¡6 1. Чи.

Доставка железно;! ор о жньо! транспортом ¿7 Чи ?72 411

Доставка воздушным транспортом Чв 1 Чвг Чв 1

Доставка водным транспортом Й, 49 1 49 1.

5 и В й П _ = сэ ¡И о 11 с -е- и к к 1 - - н о о ■-■ с ^ Н Й а О /-■ 6 8 Работа в условиях ионизирующего излучения Чип <?ю г Ч101

Работа в условиях агрессивной среды Чш ?и: ?иг.

Работа е условиях воздействия ударной волны 6 12 ?И1 : 412 1

Работа в условиях воздействия высокой температуры Б13 ?В1 Чи :

Обработка результатов морфологической РТС, который определятся как логиче-

таблицы заключается в определении: скос сложение частных показателей

1. Группового показателя применимости

Фпрз = Я\з V V ^ V ^ V д^,

(1)

где Япрз """"" значение группового показателя применимости ?-го РТС;

дРУ - значение частного показателя применимости ?-го РТС в р-ом виде работ, где

^ = 1, Ь, р = 1, 5, Ь - количество РТС, имеющихся в распоряжении руководителя ликвидации '1С. Данный показатель может принимать следующие значения:

Урз =

1, ] — ое РТС может выполнить р — ый вид работ; 0, в противных случаях.

2. Групповой показатель транспортируемости ?-го РТС, который определятся как логи-

ческое сложение частных показателей

Ятр] = V 0^7] V V ,

(2)

где — значение группового показателя

транспортируемости ]-то РТС;

Црз - значение частного показателя транспортируемости ]-то РТС р-ым видом транспорта, где ] = 1, Ь, р = 6, 9, Ь — количество

РТС, имеющихся в распоряжении руководителя ликвидации ЧС.

3. Групповой показатель стойкости ]-то РТС, который определятся как логическое сложение частных показателей

Ястз = ЧЮ] V Ц\1з V Ц\2з V дщ,

(3)

гДе Ястз значение группового показателя стойкости ]-то РТС;

дРУ - значение частного показателя стойкости го РТС при воздействии р-ого вида поражающего фактора ЧС, где ] = 1, Ь, р = 10, 13, Ь - количество РТС, имеющихся в распоряжении руководителя ликвидации ЧС.

4. Обобщенный показатель возможности использования ]-то РТС в конкретных условиях ВзТР может быть определен как логическое умножение групповых показателей применимости, транспортируемости и стойкости ;-го РТС

ЯсЗ = Япр3 Л 3 Л я,

{стз ;

где Яс з """"" значение обобщенного показателя, определяющего возможность использования ]-то РТС в конкретных условиях ВзТР.

По результатам морфологического отбора может быть получено множество {РТС1*,РТС2*,...,РТСХ*}, где К < I, т.е. перечень РТС, соответствующий конкретным условиям ЧС, который может быть обозначен как допустимое множество РТС. Критерием соответствия РТС конкретным условиях ЧС является отличное от нуля значение обобщенного показателя возможности использования РТС.

На втором этапе производится ранжирование РТС по техническому уровню из полученного множества {РТСДРТС2*,... ,РТСк*}.

Под техническим уровнем РТС понимается относительная характеристика качества РТС, основанная на сопоставлении значений показателей, характеризующих техническое совершенство оцениваемого робота с соответствующими базовыми значениями [3].

Алгоритм расчета интегрального показателя технического уровня РТС основывается на мультипликативном свертывании частных показателей. Такой метод широко применяется при оценке технического уровня сложных

(4)

технических систем, в том числе и аварийно-спасательной техники [5, 6].

Метод свертывания показателей предполагает преобразование набора имеющихся частных критериев в интегральный показатель. Мультипликативная свертка является произведением частных показателей, каждый из которых возведен в степень соответствующего весового коэффициента [7, 8]. Весовые коэффициенты частных показателей определяются на основе экспертного опроса специалистов. Частные показатели могут принимать только положительное значение и являются безразмерными величинами.

Методика оценки технического уровня РТС включает три этапа. На первом этапе на основании экспертного опроса производится расчет весовых коэффициентов частных показателей. На втором этапе формируется мультипликативная свертка частных показателей для расчета обобщенного показателя. На третьем этапе осуществляется непосредственное вычисление интегральных показателей технического уровня РТС по видам работ. Перечень частных и интегральных показателей технического уровня РТС представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 Структура формирования интегральных показателей технических) уровня РТС но

видам работ

Алгоритм расчета интегральных показателей технических) уровня РТС но видам работ начинается с формирования частных показателей.

Частные показатели технических) уровня отражают производственные возможности РТС но выполнению определенного вида ВзТР, его мобильность, радиус работы и укомплектованность расчетами.

Частные показатели запаса хода и дальности управления, входящие в состав обобщенного показателя, могут быть определены как отношение времени работы без дозаправки и дальности управления но радиоканалу .7-ым РТС к максимальному времени работы без дозаправки и дальности управления из множества допустимых РТС и вычисляются но формулам:

=

^93 =

9з

(о)

2

3

г

<9

тах

тах

где ,кдз - частные показатели запаса хода и дальности управления ]-то РТС;

, д. _ Время работы без дозаправки ]-то РТС, час; дальность управления по радиоканалу ;-ым РТС, м, где ] = 1,К, К - количество РТС, соответствующих конкретным условиях ЧС;

¿тах, 9тах ~ максимальное время работы без дозаправки, час; дальность управления по радиоканалу, м.

Частные показатели реагирования на ЧС и времени подготовки к работе, входящие в состав обобщенного показателя, могут быть определены как отношение минимального времени доставки в зону ЧС и минимального времени приведения робота в готовность из множества допустимых РТС к времени доставки в зону ЧС и времени приведения робота го РТС в готовность для применения и вычисляются по формулам:

=

й*

где кф) ,кг^ - частные показатели реагирования на ЧС и времени подготовки к работе ]-го РТС;

, г. .......... время доставки в зону ЧС ]-то

РТС, ч; время приведения в готовность для применения ]-то РТС, ч, где ] = 1,К, К - количество РТС, соответствующих конкретным условиях ЧС;

¿п

(6)

минимальное время доставки в

зону ЧС РТС, ч; минимальное время приведения робота в готовность для применения, ч, из множества допустимых РТС.

Частный показатель, характеризующий наличие операторов (расчетов), способных управлять ;-ым РТС в зоне ЧС, вычисляется по формуле

=

где N3 - количество смен, необходимых для ведения АСДНР /ч о РТС;

Тдир - директивное время выполнения работ, ч;

¿экп _ продолжительность работы одной

^дир

(7)

экщ

смены оператора (расчета) ]-то РТС в ЧС, ч.

На основании полученного по формуле (7) значения определяется частный показатель комплектности экипажа кком по следующему правилу

а

г

г

3

г

1, если < 1 ми Nj > 1 при В > 2; ккоы] = ^ 0,5, если > 1 при В = 1; (8)

0, если В = 0,

где В - количество подготовленных операто- Обобщенный показатель будет опреде-

ров (расчетов) РТС. ляться по формуле

^з = К,] х Кз

•х ка

х ^Л] х х ^ком] ,

(9)

где аг, а9, аа, аг, аком - весовые коэффициенты частных показателей запаса хода, дальности управления, реагирования на ЧС, времени подготовки к работе и комплектности экипажа.

Частные показатели визуальной разведки, специальной разведки, грузоподъемности

РТС, объема земляных работ и площадных работ, входящие в состав обобщенного показателя, могут быть определены как отношение производительности вида работ го РТС к максимальной производительности данного вида работ из множества допустимых РТС и вычисляются по формулам:

ksj =

къ^ —

_; к^ =

к!з =

¡з

к^у =

^з

где ksj, къ^, к^, к^^, к^^ - частные показатели визуальной разведки, специальной разведки, грузоподъемности РТС, объема земляных работ и площадных работ;

8у, V ^, Ъ ^, /^, - производительность ]-то РТС в условиях ЧС по площади визуальной разведки, м2/ч; площади разведки с применением металлодетектора, м2/ч; грузоподъемности, кг; объему земляных работ, м3/ч; площадные работ, м2/ч, где ] = 1,К, К - количество РТС, соответствующих конкретным условиям ЧС.

Уг

Ът

ф тах / тах,

(10)

макси-

мальные производительности по площади разведки, м2/ч; площадь разведки с применением металлодетектора, м2/ч; грузоподъемности, кг; объему земляных работ, м3/ч; площадным работам, м2/ч из множества допустимых РТС.

Интегральный показатель технического уровня ^'-го РТС по видам работ является произведением обобщенного показателя и частного показателя вида работы

Ъ

б'

V

э

э

э

Ъ

Г

в

V

тах

тах

тах

тах

= х = Wj х к^, /щ = Wj х к^, /д = Wj х Щ, = х к^. (11)

Значение интегрального показателя технического уровня РТС по видам работ отражает техническое совершенство РТС и принимает значение от 0 до 1. Наиболее технически совершенные РТС имеют максимальное значение интегрального показателя технического уровня РТС по видам работ. Однако, если

РТС не предназначен для выполнения какого-либо вида работ, то интегральный показатель технического уровня РТС по видам работ принимает значение 0. На основании значения интегрального показателя технического уровня РТС по видам работ может быть сформирована таблица 2.

Таблица 2 - Значения интегрального показателя технического уровня РТС по видам работ

Виды работ РТС1 РТС2 РТС к

Проведение визуальной разведки

Проведение специальной разведки 1 1-о2

Проведение манипуляционных грузоподъемных работ 1Н1 1Н2 1кк

Проведение землеройных работ 1.Г 1 2 1/к

Проведение площадных работ 1<р1 Ър2 к

Таким образом, алгоритм расчета интегрального показателя технического уровня РТС по видам работ для конкретных условий ЧС позволяет ранжировать имеющиеся в распоряжении руководителя ликвидации ЧС РТС по эффективности их применения для выполнения определенных видов работ. Робо-тотехнические средства с самыми высокими значениями интегрального показателя техни-

ческого уровня РТС по видам работ наиболее соответствуют сложившейся обстановке в ЧС, использование которых позволит значительно повысить эффективность применения РТС при ликвидации ЧС, уменьшить необоснованные трудовые и материальные затраты, снизить потери времени при проведении ВзТР с применением робототехники.

Литература

1. Указ Президента РФ от 16 декабря 2015 г. № 623 «О Национальном центре развития технологий и базовых элементов робототехники». [Электронный ресурс] — Режим доступа https://base.garant.ru/71280896/ (дата обращения: 01.06.2020).

2. Концепция развития робототехнических комплексов (систем) специального назначения в системе МЧС России до 2030 года, утвержденная решением коллегии МЧС России от 10 августа 2016 г. №16/111.

3. ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные понятия термины и определения. [Электронный ресурс] - Режим доступа http://docs.cntd.ru/document/1200107799 (дата обращения: 01.06.2020).

4. Найденов Д.С., Дубровин U.C., Гошдадов А.И. Анализ применения робототехнических комплексов ЦСООР «Лидер» при ликвидации ЧС // Сборник материалов XXVII Международной научно-практической конференции / Химки: ФГБВОУ ВО «Академия гражданской защиты МЧС России». 2017. С. 60-62.

5. Азгальдов Г.Г., Зорин В.А., Павлов А.П. Квалиметрия для инженеров-механиков М.: МАДИ—ТУ. 2006. 144 с.

6. Зенченко C.B., Бережной В.И. Система интегральной оценки финансового потенциала региона и методика ее формирования. [Электронный ресурс] - Режим доступа http://www.rppe.ru/wp-content/uploads/2008/10/zenchenko-sv-careful-vi.pdf. (дата обращения 01.06.2020).

7. Клюшникова Е.В., Шитова Е.М. Методические подходы к расчету интегрального показателя, методы ранжирования // Электронный научно-практический журнал «ИнноЦентр». 2016. № 1 (10). С. 4-18. [Электронный ресурс] - Режим доступа ЫЛр://тпо,^уег8и.ш/У1ршк1(10)2016/. (дата обращения 01.06.2020).

8. Мельников Д.И., Носков С.С., Прокопенко А.П., Алгоритм расчёта интегрального показателя технического уровня образца аварийно-спасательной техники аэромобильной группы спасательного воинского формирования // Сборник материалов XXVI Международной научно-практической конференции / Химки: ФГБВОУ ВО «Академия гражданской защиты МЧС России». 2016. С. 74-76.

EVALUATION OF ROBOTIC MEANS ACCORDING TO THE TECHNICAL LEVEL

DURING EXPLOSIVE WORKS

Dmitry NAYDENOV

adjunct of the department

(rescue robotic equipment)

Civil Defence Academy EMERCOM of Russia

Address: 141435, Moscow region, city Khimki,

md. Novogorsk

E-mail: naidenov-dndQmail.ru

Sergey NOSKOV

candidate of technical sciences,

associate professor, head of the

department (rescue robotic equipment)

Civil Defence Academy EMERCOM of Russia

Address: 141435, Moscow region, city Khimki,

md. Novogorsk

E-mail: s.noskovQamchs.ru

Evgeny POLEVOY

lecturer of the department

(rescue robotic equipment)

Civil Defence Academy EMERCOM of Russia

Address: 141435, Moscow region, city Khimki,

md. Novogorsk

E-mail: e.polevoiQamchs.ru

Abstract. An algorithm for calculating the integral indicator of the technical level of robotic equipment by type of work is presented in order to determine the possibility of using robotics in emergency situations. The value of the integral indicator of the technical level of robotic equipment by type of work allows us to quantify the degree of compliance of the technical characteristics of the robot with the values of the damaging factors of an emergency, the conditions of use and the scope of work during the liquidation of an emergency. The basis for calculating the integral indicator of the technical level of robotic equipment by type of work is the multiplicative convolution of individual indicators into a generalized indicator, taking into account the weighting coefficients of particular indicators. The developed algorithm makes it possible to mathematically justify the choice of robotic means during explosive works.

Keywords: robotics; technical level; private indicators; integral indicator; emergency situation. Citation: Naydenov D.S., Noskov S.S., Polevoy E.V. Evaluation of robotic means according to the technical level during explosive works // Scientific and educational problems of civil protection. 2021. № 3 (50). S. 59-67.

References

1. Decree of the President of the Russian Federation №. 623 of December 16, 2015 "On the National Center for the Development of Technologies and Basic Elements of Robotics". [Electronic resource] - Access mode https://base.garant.ru/71280896/ (date of access: 01.06.2020).

2. The concept of development of special-purpose robotic complexes (systems) in the EMERCOM of Russia system until 2030, approved by the decision of the Board of the EMERCOM of Russia dated August 10, 2016 №. 16/111.

3. GOST 15467-79 Product quality management. Basic concepts terms and definitions. [Electronic resource] - Access mode http://docs.cntd.ru/document/1200107799 (date of access: 01.06.2020).

4. Naydenov D. S., Dubrovin I. S., Goshdadov A. I. Analysis of the use of robotic complexes of the CSOOR "Leader"in emergency response // Collection of materials of the XXVII International scientific and practical Conference / Khimki: FGBVOU VO "Academy of Civil Protection of the EMERCOM of Russia". 2017. S. 60-62.

5. Azgaldov G.G., Zorin V.A., Pavlov A.P. Qualimetry for mechanical engineers Moscow: MADI - TU. 2006. 144 s.

6. Zenchenko S.V., Berezhnoy V.I. The system of integral assessment of the financial potential of the region and the methodology of its formation. [Electronic resource] - Access mode http://www.rppe.ru/wp-content/uploads/2008/10/zenchenko-sv-careful-vi.pdf. (date of access 01.06.2020).

7. Klyushnikova E.V., Shitova E.M. Methodological approaches to the calculation of the integral indicator, ranking methods // Electronic scientific and practical journal "Innocenter". 2016. №. 1 (10). S. 4-18. [Electronic resource] - Access mode http://innoj.tversu.ru/Vipuskl(10)2016/. (date of access 01.06.2020).

8. Melnikov D.I., Noskov S.S., Prokopenko A.I., Algorithm for calculating the integral indicator of the technical level of the sample of emergency rescue equipment of the airmobile group of the rescue military formation // Collection of materials of the XXVI International scientific and practical Conference / Khimki: FGBVOU VO "Academy of Civil Protection of the EMERCOM of Russia". 2016. S. 74-76.