Управление системой безопасности морского судоходства Текст научной статьи по специальности «Математика»

Управление системой безопасности морского судоходства В.И. Меньшиков, В.М. Глущенко

Северный Центр Профессиональной Подготовки командных кадров флота при МГТУ

Аннотация. Принятие Международной морской организацией (ИМО) Международного Кодекса по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения (МКУБ) явилась логичным шагом международного сообщества, направленным на повышение уровня безопасности морского судоходства. Главой IX Конвенции СОЛАС-74 Кодекс введен в действие, как обязательный к применению. Привлечением такого документа международное сообщество сознательно направляет усилия правительств государств флага судна и руководителей судоходных компаний на необходимость создания эффективных систем управления безопасной эксплуатацией судов. Главное назначение Кодекса - это реализация перехода от организации обеспечения и контроля за состоянием безопасности судоходства к управлению этим состоянием.

Abstract. The reform of organization of safety and control ensuring both on board a ship and in a shipping company first of all demands carrying out structural reformation, because by means of this very reform, it is possible to achieve the new qualitative approach for safety ships' operation, meeting the requirements of SOLAS-74 Convention, Chapter IX.

1. Введение

Учитывая особую роль плавсостава, в первую очередь, капитанов и операторов, непосредственно управляющих флотом, в обеспечении мер безопасности и охраны человеческой жизни на море, возникает необходимость в показе сути структурной перестройки и значимости политики судоходных компаний, а также ее реализации на судах в системах управления безопасностью (СУБ).

2. Структурная перестройка системы

Суть структурной перестройки систем контроля и пути их преобразования в управляемые можно показать, если допустить, что все элементы, входящие в такие системы, являются абстрактными устойчивыми элементарными динамическими системами. Причем, под динамическими системами следует понимать такие системы, в которых, во-первых, в каждый момент времени определено их состояние и, во-вторых, эти состояния изменяются со временем. Если учесть допущение, то систему контроля за безопасностью судоходства можно представить как объединение конечного числа элементарных динамических систем, однотипных в том смысле, что каждая из них есть один и тот же динамический процесс, имеющий, быть может, лишь различные значения параметров. Тогда общая система контроля за безопасностью будет представлять не только объединение всех элементарных динамических систем, но и включать в себя структуру всех допустимых взаимосвязей и взаимных обязательств элементарных систем. Общая система контроля по существу является объемлющим пространством, внутри которого реализуются различные структурные связи.

3. Глобальная система контроля

При определении однотипности элементарных динамических систем, формирующих общую систему можно исходить из современного представления безопасности морского судоходства конкретного судна, которое формируется как объединение вида

SMS = CSMS uESMS (1)

причем

ESMS = TSMS uSTCW, (2)

где: SMS - безопасность морского судоходства;

CSMS - безопасность морского судоходства на этапе проектирования и постройки судна;

ESMS - эксплуатационная безопасность, определенная в рамках концепции человеко-машинного

комплекса;

TSMS - техническая безопасность морского судоходства;

Меньшиков В.И., Глущенко В.М. Управление системой безопасности ...

БТСШ - безопасность морского судоходства, определяемая человеческим фактором в человеко-машинном комплексе.

Ниже рассматривается суть структурной перестройки и значимость политики судоходной компании в деле управления состоянием ЕТБМБ для глобальной системы, которая включает в себя ИМО (1МО), государство флага (СБ), государство порта (СР), судоходную компанию (СБ) и судно (8), как объект, состояние которого подлежит как контролю, так и управлению.

В рассматриваемой модели глобального контроля за безопасностью топология объемлющего пространства может быть описана путем задания некоторого графа, который в данном случае будет являться графом топологии. В этом графе дугами связаны любые две вершины (элементарные системы), между которыми при данном свойстве потенциально возможен обмен взаимообязанностей, причем дуга всегда ориентирована в направлении имеемых полномочий.

Граф топологии описывает все потенциальные варианты взаимосвязей между элементарными системами. Однако на практике, например, в соответствии с первой главой Конвенции СОЛАС-74, из всех возможных реализуется только часть. При этом возникает структура связей, которая формально является субграфом исходного графа топологии, т.е. связи между элементарными системами проходят по некоторому подмножеству дуг графа топологии. Такую структуру следует назвать допустимой по отношению к заданному графу топологии.

В рамках главы I Конвенции СОЛАС-74 и Резолюции ИМО А.787(19) «Процедуры контроля судов государством порта» допустимая структура контроля может быть представлена в виде следующего графаГо=(Ыо, Оо, Я0) (рис.1) где:

О - множество дуг графа, фиксированных принятыми международными соглашениями, определяющими

характер взаимообязанностей; N - множество вершин, или элементарных динамических систем, входящих в систему глобального контроля;

Я - набор показателей, показывающих значимость взаимообязанностей элементарных систем, причем Гу-еЯо.

1. Глобальная система управления

Из графической интерпретации Г0=^0, О0, Я0) вполне очевидно, что структура графа топологии в пространстве разрешенных взаимосвязей представляет собой ориентированный граф, в котором все дуги подчиняются топологии, заданной Конвенцией СОЛАС-74 и Резолюции ИМО А.787(19). При этом следует иметь в виду, что задание графа Г0=^0, О0, Я0) носит наиболее общий случай и допускает любые взаимоотношения между элементарными системами - вершинами графа. Введение в действие МКУБ и главы IX Конвенции СОЛАС-74 вносит изменения в систему контроля за состоянием ЕТБМБ и эти изменения можно иллюстрировать расширенной допустимой структурой Г0=^0, О0, Я0), имеющий вид (рис.2), где БС -судоходная компания, введенная МКУБ в систему управления состоянием ЕТБМБ.

Особенностью графов Г0 и Г является то, что они обладают взаимообратной системой связи, т.е. если связь с ненулевой значимостью в одну сторону г^е Я существует, то также существует связь ^¡е Я в противоположную сторону. Такие графы целесообразно отнести к двухсторонним циклам, для которых всегда имеется хотя бы одна стабилизирующая управление сеть. Однако введение дополнительного элемента БС в Г0 и изменение сети взаимоотношений требует

Рис.1. Взаимосвязь в системе контроля.

1МО

Рис.2. Взаимосвязь в системе управления.

исследования устойчивости системы управления хотя бы по сравнению с устойчивостью уже сложившейся сети Г0. Такая задача определяет саму суть политики ИМО в переходе от контроля за состоянием ETSMS к управлению им и дает возможность иллюстрировать принципы структурной перестройки.

2. Принцип структурной перестройки

Естественным требованием при управлении состоянием ETSMS является усиление свойства рекурсии функции ETSMS(t), а это значит, что устойчивость системы Г должна преобладать над устойчивостью системы Г0. В тоже время известно, что для любого набора элементарных систем, соединенных в цикл, существует такой набор показателей взаимообязанностей гц <= R, когда структура связей повышает устойчивость системы в целом. Это утверждение можно пояснить, допуская, что при связи по циклу для каждой элементарной системы имеется источник и сток. При таком допущении в вершинах графов топологии Г и Г0 должны соблюдаться условия

Г21Х1 ~ Г12X2П1 ^

Г32X2 _ Г21Х ^ Q2r32;

"2 (3)

riaxa Г2а-1Ха-1п ^ Qaria,

где { x a,Qa} - характеристика устойчивости элементарных систем в состоянии устойчивого равновесия xa и запасом устойчивости Qa, определенные в пространстве £2.

Достаточно легко проверить, что набор показателей взаимосвязей rij элементарных систем из Г0 или Г удовлетворяет соотношению

r.., = r12 x /x , . (4)

zz-1 12 а / a-1 V '

Соотношения (3) и (4) показывают, что для графов топологий Г и Г0 даже при произвольном по существу наборе показателей r^e R,R0 существует хотя бы одна связывающая сеть, но для этого необходимо последовательное соединение элементарных систем. В тоже время, если в графах топологий отказаться от понятий начальная и конечная вершины, то при любом наборе элементарных систем существует сеть из данного класса, в которой при допустимых значениях rp имеет место повышение устойчивости всей системы в целом. Следовательно, можно заключить, что преобразование вида

Ф: Г0 F{:} > Г, (5)

где F(-) - оператор расширения системы контроля за состоянием ETSMS, индуцированный в Г0 IX главой СОЛАС-74, инвариантно по устойчивости введению в общую систему элемента SC. Откуда вытекает, что стабилизирующие свойства системы управления безопасностью морского судоходства Г по крайней мере не хуже, чем стабилизирующие

свойства системы контроля 1 о уже прошедшей практическую проверку временем и получившей одобрение ИМО.

Стабилизирующие свойства системы Г, оцененные по свойствам системы Г0, позволяют утверждать, что общая система управления безопасностью морского судоходства обеспечивает функции ETSMS(t) свойства рекурсивности не хуже, чем свойство рекурсивности в системе контроля. Тем не менее, такой вывод еще недостаточно полный, т.к. не позволяет ввести структуру порядка. Чтобы использовать структуру порядка, необходимо показать, что свойства рекурсивности функции ETSMS(t) в системе Г0 является нижней гранью для свойства рекурсивности функции ETSMS(t) в Г. Для этой цели выделим из Г элементарную сеть вида

SC(^2,Q2) (¿T^ J^) S(*" 1,Q,)

Рис.3. Взаимосвязь элементов «судно» - «судоходная компания» в системе управления.

Меньшиков В.И., Глущенко В.М. Управление системой безопасности

и примем, что состояния вершин, включенных в эту сеть имеют параметры (X 1, Q|) и (X 2 Q2), а делегирование полномочий определяется показателями г12 и г21 соответственно. Тогда, аналогично (3), можно записать

(Г21Х1 _ Г12Х 2 )П| ^ Q1Г21, ( - - (6) \Г12Х 2 Г21Х1)П2 ^ Q2Г12,

откуда вытекает, что соотношения удовлетворяются, если г12 и г21 связаны равенством

Г12 = Г21 Х2 . (7)

Выражение (7), в свою очередь, делает очевидным, что для любых допустимых значений параметров элементарных систем БС и Б всегда существует связывающая сеть, повышающая устойчивость системы управления состоянием ЕТБМБ. Однако, такая связывающая сеть появляется лишь при правильно подобранных показателях делегирования полномочий, отражаемых в политике судоходной компании.

Если же далее учесть, что сеть Г может быть получена как сумма двух сетей Г0 и БСоБ, то правильно подобранные показатели полномочий между судном и судоходной компанией приводят к тому, что рекурсивность ЕТБМБ в Г0 является нижней гранью для рекурсивности ЕТБМБ(() в Г. Следовательно, политика ИМО по введению системы управления безопасностью судоходной компании вполне оправдана и должна повышать рекурсивность функции ЕТБМБ, даже если последнюю рассматривать с позиции магистрального подхода.

6. Заключение

Обобщая полученные результаты (1)^(7), можно сделать ряд следующих окончательных выводов:

• расширение системы контроля за безопасностью морского судоходства Г0 путем введения в нее элементарной системы БС и наделение этой системы функциями управления вполне оправдано вследствие повышения уровня рекурсивности функции ЕТБМБ(() в сетях Г;

• при правильном подборе параметров, определяющих делегирование полномочий между судном и судоходной компанией, в системе управления Г свойство рекурсивности функции ТБМБ(() имеет нижнюю грань, равную свойству рекурсивности в системе Г0;

• правильно составленная политика судоходной компании в области разграничения полномочий деятельности береговых и судовых специалистов является одним из основных факторов, определяющих качество безопасности морского судоходства в целом для глобальной системы управления.

Литература

Клини С.К. Введение в математику. М., Изд.иностр.лит., 278с., 1957. Петер Р. Рекурсивные функции. М., Изд.иностр.лит., 376с., 1954.

Процедуры контроля судов государством порта (Резолюция А.787(19) ИМО). С-Пб., АОЗТ ЦНИИМФ, 189с., 1996.

СОЛАС-74. С-Пб., АОЗТ ЦНИИМФ, 653с., 1993.