ВЕСТНИК ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМ. АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Выполнен анализ библиографического материала, в котором исследована проблема человеческого фактора. Составлена репрезентативная выборка, полнота которой определялась критерием отсутствия новых трактовок термина «человеческий фактор». Составлен перечень определений этого термина, в каждом из которых выделена его основная суть, имеющая в разных источниках различную интерпретацию.

Выполнена классификация основополагающих толкований данного термина, из которых выделено пять групп: ошибки человека, характеристика профессиональная деятельность, характеристика человека, наличие структуры, важность и сложность предмета исследования.

Сделан вывод о том, что исследуемая тема деятельности человека при выполнении им профессиональных задач может быть описана следующими терминами: «человеческий элемент», «человеческий фактор», «успешная профессиональная деятельность», «человеческие факторы», «индивидуально-психологические свойства личности человека», «физическая и социальная среда», «состояние человека».

Даны определения каждого из указанных терминов. Предложена структурно-логическая схема взаимосвязи данных понятий. В качестве общего предлагается использовать термин «человеческий элемент» в виде сущностной части (элемента) сложной системы, в данном случае сложного технического устройства - судна, используя его как проявление человека в процессе профессиональной деятельности.

Отмечается, что обширный спектр человеческих проявлений представляет собой континуум, на одном полюсе которого находятся «ошибки» человека («человеческий фактор»), а другой полюс не имеет общепризнанного определения, поэтому предлагается использовать термин «успешная профессиональная деятельность».

Мотивацией для проявления профессиональной деятельности человека являются «человеческие факторы», которые включают его индивидуально-психологические особенности, физическую и социальную среду, в которой осуществляется данного рода деятельность, а также состояние специалиста, ее реализующую.

Предложенная структурно-логическая схема взаимосвязи понятий позволяет формулировать актуальные научные задачи, решение которых должно способствовать повышению безопасности плавания судна с помощью учета человеческого элемента.

Темой исследования является оценка возможности организации доставки и обработки насыпных грузов на морских контейнерных терминалах, испытывающих снижение грузооборота вследствие санкционной политики западных стран.

Отмечается, что постановка такой задачи обусловлена необходимостью максимального использования транспортного потенциала видов транспорта, осуществляющих завоз грузов в порт и мощностей перегрузочных комплексов, не ориентированных на обработку насыпных грузов.

Моделирование транспортной системы, способной оптимизировать обозначенный процесс, требует всесторонней оценки эксплуатационных показателей работы средств транспорта на всем пути продвижения таких грузов от завода-производителя до морского контейнерного терминала.

В работе рассматривается возможность формулировки модели создания транспортной системы на основе формирования транспортной единицы контейнерного поезда «железнодорожная платформа - насыпные контейнеры» и дана ее краткая характеристика.

В ходе рассмотрения происходящих процессов подчеркивается, что накопление насыпных контейнеров находится в зависимости от периода обращения кольцевого контейнерного поезда, осуществляющего доставку грузов на терминал, периода подачи, грузоподъемности судна, подлежащего загрузке на терминале, а также метеорологических причин, способных привести к задержке судна под обработкой.

В исследовании приведены примеры расчета потребного количества на сыпных контейнеров при различных показателях проектируемой транспортной системы: времени завоза грузов на терминал, времени ожидания подачи морского тоннажа, времени ожидания по атмосферным показателям.

Сделан вывод о том, что с применением инновационных технологий обработки насыпных грузов морской терминал может ожидать значительного приращения грузооборота и расширения границ своего хинтерленда.

Работа посвящена анализу особенностей дистанционного управления морским автономным над водным судном в портовых водах с использованием данных, полученных от конвенционных навигационных технических средств.

Отмечается, что для эффективной работы автоматизированной навигационной системы управления морским автономным надводным судном необходимо развивать систему мониторинга.

Задачей этой системы является сбор данных с технических средств управляемого объекта в ре жиме реального времени, их анализ с последующим определением и прогнозированием состояния судна (безопасное оно или нет) с необходимой достоверностью.

На основе этих результатов формируются возможные варианты сценариев для поддержания безопасности судна, что помогает принять оптимальное решение автоматизированной навигационной системе или внешнему капитану.

Приведены отличия в управлении классическим судном с экипажем на навигационном мостике от дистанционного управления морским автономным надводным судном внешним капитаном в условиях порта.

Выполнен расчет точности решения классических задач судовождения на основе международных и национальных требований к измерительным возможностям только конвенционной навигационной аппаратуры применительно к дистанционному управлению, без детализации характеристик отдельных моделей оборудования.

Выполнено сравнение полученных результатов расчетов с международными и национальными требованиями по безопасности мореплавания, позволяющее выявить слабые места в используемых технологиях и разработать рекомендации по улучшению качества навигационных данных для успешного выполнения морских операций типа судно - судно в дистанционном режиме управления в портовых водах.

Отмечается важность разработки новых технологий для автономного управления судном, которые смогут компенсировать недостатки существующих навигационных средств и повысить безопасность мореплавания в портовых условиях.

Темой работы является исследование одной из задач морского порта, к которой относится обработка и сохранность скоропортящихся грузов.

Отмечается, что скоропортящиеся грузы в основном перевозятся специальным транспортом или в специальной изотермической таре, способной поддерживать заданный температурный режим. К таким грузам относятся также морепродукты, доставляемые в порт судами, имеющими рефрижераторную установку.

Обращается внимание на то, что для обработки рефрижераторных судов разрабатываются планы-графики, в которых указывается время, определяемое для выполнения погрузочно-разгрузочных операций, зависящее от используемого подъемно-транспортного оборудования и наличия транспортных средств для перевозки морепродуктов к месту хранения или потребителю. При этом парк подъемно-транспортного оборудования оказывает влияние на технологические схемы работы порта, грузооборот, себестоимость технологических процессов, пропускную способность порта и емкость склада.

Подчеркивается, что погрузочно-разгрузочные работы, превышающие время, указанное в плане-графике или при нахождении морепродуктов на причале в течение длительного времени, особенно в летний период, оказывают негативное влияние на качественные характеристики, для сохранения которых время нахождения на открытом воздухе должно быть сведено к минимуму.

В процессе моделирования технологии погрузочно-разгрузочных работ выявлены технологические операции, которые могут оказать влияние на качественные характеристики скоропортящихся грузов.

В данной работе рассмотрен один из способов выявления проблемы, связанной со снижением скорости обработки транс портных средств, в частности с частичным исключением из технологического процесса человеческого фактора в процессе автоматизации подъемно-транспортного оборудования, такой как моделирование технологического процесса погрузочно-разгрузочных работ с использованием аппарата сетей Петри.

Анализ результатов моделирования позволил выявить не только проблемные зоны, но и определить вопросы, которые можно решить с помощью ситуационного управления и корректировки технологии погрузочно-разгрузочных работ.

Выполненные операции подтверждают, что от используемой информационной системы, с помощью которой осуществляется обработка парка подъемно-транспортного оборудования, зависит оперативность поступающей информации, оказывающей влияние на скорость принятия решений в возникающих конфликтных ситуациях.

В статье выполнен анализ современных условий эксплуатации судов смешанного плавания класса «М-ПР» в районе якорных стоянок порта Кавказ.

Рассмотрены регламентируемые Правилами Российского Классификационного Общества географические районы и сезоны плавания судов «М-ПР» в Керченском проливе и прилегающих к нему районах Черного моря. Решение задачи о расширении сезона эксплуатации грузовых самоходных судов класса «М-ПР» в данном районе предложено осуществлять с использованием подхода, основанного на критерии равной безопасности работы судов в новых условиях по отношению к эталонной трассе.

Определение характерных условий плавания таких судов в период с марта по ноябрь включительно в 10-мильной прибрежной зоне от Керченского пролива до порта Новороссийск выполнено с учетом анализа доступных мест убежищ и актуальной навигационной обстановки в данной акватории.

Предложено расчетную оценку выполнения критерия безопасности выполнять для трех трасс, что позволяет учесть специфику работы судов смешанного плавания в районе якорных стоянок порта Кавказ, где осуществляется перевалка грузов на суда-накопители.

Проанализированы аварийные ситуации с участи ем судов смешанного плавания в районе Керченского пролива.

По результатам исследования предложены корректировки нормативной базы Российского Классификационного Общества относительно сезона эксплуатации судов класса «М-ПР» в 10-мильной прибрежной зоне от порта Новороссийск до Керченского пролива. Для наиболее тяжелых месяцев по гидрометеорологическим условиям за сезон с марта по ноябрь обосновано введение ограничения по режиму волнения h3 % не более 2,0 м.

Рассмотрены иные меры, направленные на повышение безопасности судоходства в современной навигационной обстановке.

В статье рассмотрена задача прогнозирования траекторий движения судов, решения которой используются в системах безопасного расхождения судов для прогноза и оценки навигационной ситуации.

Отмечается, что для корректной оценки навигационной ситуации система безопасного расхождения должна строить корректные прогнозы траекторий движения судов-целей.

Определено, что в задаче прогнозирования траекторий движения судов-целей могут быть использованы адресуемые и широковещательные сообщения автоматической идентификационной системы (АИС) с ID = 1, 2, 3 и ID = 5 (динамическая и статическая ин формация), а также сообщения с ID = 6,8 (маршрутная информация).

Приведен формат сообщений с маршрутной информацией согласно циркуляру ИМО SN.1/Circ.289.

Отмечено, что использование маршрутной информации в задаче прогноза траектории движения судна-цели позволяет более точно строить такие прогнозы и, соответственно, лучше оценивать навигационную ситуацию.

Определены некоторые проблемы использования маршрутной информации и показаны примеры некорректной работы системы прогноза траектории движения цели. Показано, что маршрутная информация, передаваемая в существующих сообщениях АИС, является недостаточной для построения корректного прогноза траектории движения цели.

Источником указанных проблем является тот факт, что существующие сообщения с маршрутной информацией изначально не предназначались для использования в задаче прогноза траекторий судов-целей.

В результате рассмотренных проблем с использованием маршрутной информации показана ограниченная применимость существующих сообщений АИС и обоснована необходимость разработки системы передачи маршрутной информации по каналам АИС, ориентированной на решение с ее помощью задачи прогноза траекторий судов-целей. Сформулированы предложения по содержанию сообщений АИС в такой системе.

Актуальность работы обусловлена важностью развития в последние годы Северного морского пути как стратегически значимой артерии торгового судоходства и в особенности реализации топливно-энергетических проектов в Арктике.

Отмечается, что начиная с 2022 г. многие зарубежные компании не участвуют в подобных проектах, поэтому в сложившейся ситуации возникает необходимость создания отечественного ключевого оборудования в области судостроения. В обзорной статье рассмотрены вопросы перспектив разработки и реализации на территории Российской Федерации пропульсивных комплексов для танкеров, выполняющих транспортировку сжиженного природного газа.

Целью данной работы является исследование недостающих элементов пропульсивных комплексов, которые необходимо создать для успешной реализации проекта по постройке судна-газовоза ледового класса Arc7.

Для определения возможных вариантов реализации подобных энергетических установок выполнен обзор существующих пропульсивных комплексов, применяемых на аналогичных танкерах-метановозах, рассмотрены приемлемые для реализации типы главных двигателей, а также отдельно рассмотрены возможные аналоги движительно-рулевого комплекса.

Выполнена оценка их положительных и отрицательных характеристик, таких как коэффициент полезного действия, маневренность и перспективность реализации.

Также в статье указаны предприятия, способные выступить в качестве потенциальных поставщиков ключевого оборудования для вновь создаваемых судовых энергетических установок, причем все они находятся на территории Российской Федерации и большая их часть вовлечена в реализацию арктических проектов по добыче и экспорту энергоносителей.

Предметом настоящей работы является анализ систем оборудования судовой энергетической установки автономных судов.

Рассмотрена степень готовности современной судовой энергетической установки для применения на автономных судах с точки зрения ее высокой степени надежности.

В работе продемонстрированы возможности метода построения таблицы индексов рисков эксплуатации и индекса риска снижения избыточности на примере среднестатистического судна, предназначенного для каботажных морских перевозок.

На основе представленной выборки элементов энергетической установки выполнен анализ индекса риска эксплуатации и индекса риска снижения избыточности судового оборудования, а также анализ причин, в соответствии с которыми они имеют такое важное значение.

В качестве примеров рассмотрены главный двигатель и его элементы, механизм передачи крутящего момента, вспомогательные двигатели и генераторные установки, системы подачи топлива, смазки, охлаждающей воды, а также система воздушного пуска.

Кроме того, рассмотрено рулевое устройство и система выпуска отработавших газов, приведены индексы риска снижения избыточности RRRI выбранного оборудования. После выявления слабых звеньев рассматриваемых установок предложены решения по преодолению возникающих рисков.

Отмечается, что эти решения зависят непосредственно от слабого звена и могут состоять из нескольких вариантов.

Указано, что примерами могут служить избыточная настройка, поиск альтернативных элементов судового механизма с более низким индексом риска или рассмотрение действий, позволяющих сделать определенную деталь полностью работоспособной.

В работе предпринята попытка найти решение для каждого элемента выборки с высоким уровнем риска (RRRI равно 8, 9 или 10), когда компоненты рассматриваются на предмет повышения надежности. Также рассмотрены компоненты со средним значением RRRI - 6 или 7.

В этом случае отмечается высокая привлекательность реализации альтернативных способов формирования пропульсивного комплекса, например, исходя из известных принципов электродвижения как способа преодоления большого числа проблем. Сделано заключение о том, что любые решения невозможны без всестороннего анализа финансовой жизнеспособности.

Выводы, сделанные на основе полученных результатов, отражают возможную направленность работ по созданию судовой энергетической установки для комплектования автономных судов.

Темой работы является исследование сопротивления воды движению катамаранов с упрощенными обводами. В статье выполнен анализ существующих исследований ходкости судна с упрощенными обводами.

Показано, что в большинстве случаев использование такого рода конструкции судна ведет к увеличению буксировочного сопротивления до 30 %.

Представлены результаты модельного эксперимента, выполненного в опытовом бассейне ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова».

Отмечается, что было проведено испытание модели на тихой воде со следующими характеристиками: длина модели - 2000 мм, ширина - 148 мм, осадка 60 мм, 80 мм и 100 мм в диапазоне скоростей 1-4 м/с, что соответствует числам Фруда 0,22-0,90.

Выполнено построение кривых буксировочного сопротивления катамарана с упрощенными обводами, а также приведены результаты экспериментального исследования влияния дифферента и осадки на величину буксировочного сопротивления.

Рассмотрены зависимости коэффициента остаточного сопротивления от числа Фруда. Выполнено сравнение данных, полученных в процессе проведения испытаний, с опубликованными в других работах результатами исследований ходкости близких по основным соотношениям размерений катамаранов.

Приведены доказательства того, что упрощение обводов высокоскоростных многокорпусных судов оказывает отрицательное влияние на величину буксировочного сопротивления.

Сделан вывод о том, что полученные результаты могут найти применение при проектировании судов с упрощенными обводами.

Исследована смачиваемость водой материалов, применяемых для изготовления дейдвудных подшипников, работающих при смазывании водой: капролона и резины 8130, а также материалов, применяемых для изготовления облицовок гребных валов: стали 12Х18Н10Т и оловянистой бронзы БрО5Ц5С5. Оценка смачиваемости выполнена по значению краевого угла смачивания.

По результатам опытов выполнено построение моделей второго порядка, описывающих значения краевого угла смачивания от содержания солей в воде и шероховатости поверхности.

Выявлен схожий характер влияния исследуемых факторов на смачиваемость бронзы и нержавеющей стали, который для полимеров не только существенно отличается от аналогичного для металлических сплавов, но и характер изменения смачиваемости капролона при изменении этих факторов отличается от характера изменения смачиваемости резины.

Отмечается, что содержание солей в морской воде оказывает слабое влияние на смачиваемость материалов облицовок, заметное влияние на нее оказывает шероховатость поверхности, при этом существует значение высотного параметра Ra, при котором смачиваемость достигает максимального значения. Для резины, наоборот, шероховатость поверхности имеет слабое влияние на смачиваемость водой, но однако содержание солей в воде оказывает на нее очень сильное влияние (в пресной воде резина проявляет выраженные гидрофильные свойства, а в морской становится гидрофобной). Гидрофильность капролона как при увеличении содержания солей в воде, так и при увеличении шероховатости его поверхности, показывает умеренное увеличение.

Предлагается использовать в дейдвудном трибосопряжении, смазываемом водой, гидрофильный материал подшипника в сочетании с выраженным гидрофобным материалом облицовки, и, соответственно, в морской воде целесообразно вместо резинометаллических подшипников использовать капролоновые.

На основании полученных в работе результатов представляется целесообразным выполнить исследования по замене бронзы и нержавеющей стали при изготовлении облицовок из иного материала с выраженной гидрофобностью.

Темой исследования является разработка системы управления для автономного судна с использованием операционной системы Robot Operation System 2.

Отмечается, что автономные суда являются перспективным классом робототехнических систем, предназначенных для выполнения различных задач в морской среде, включая мониторинг акваторий, научные исследования, поисково-спасательные и транспортные операции. Их ключевыми преимуществами являются автономность, гибкость применения и возможность работы в условиях, представляющих угрозу для человека.

В работе рассмотрено использование современной операционной системы Robot Operation System 2 для робототехники, обеспечивающей модульность, масштабируемость и высокую степень распределенности вычислений.

Отмечается, что данный вид программного обеспечения предоставляет готовые алгоритмы для навигации, обработки данных сенсоров и управления движением, а также инструменты для тестирования, отладки и визуализации данных, что ускоряет процесс разработки и повышает надежность системы.

В рамках исследования разработана структурная схема системы управления автономного судна, включающая подсистемы навигации, технического зрения, управления движением и взаимодействия с оператором через береговой пульт, на которой показаны состав и взаимодействие отдельных узлов операционной системы.

Представлена схема устройств, обеспечивающая распределение вычислительных ресурсов между узлами. Предложенная система управления демонстрирует возможность объединения различных подсистем автоматических судов в общую систему на основе единой логики взаимодействия и обмена данными операционной системы Robot Operation System 2.

Применение данной операционной системы позволяет повысить скорость разработки, улучшить надежность программного обеспечения, упростить интеграцию сложных алгоритмов и обеспечить гибкость системы для дальнейших усовершенствований.

Предложен метод определения широты места судна по глубине на основе нейронной сети, которая принимает на вход последовательность глубин, измеренных при помощи однолучевого эхолота и прогнозирует широту на момент измерения последней глубины. Сеть имеет два слоя. Первый слой содержит нейроны с функциями активации в виде гиперболического тангенса, второй состоит из одного нейрона, обладающего тождественной функцией активации. Набор учебных данных состоит из обучающей и контрольной выборок. Обучающая выборка формируется на основе слоя глубин, содержащегося в электронной навигационной карте. Контрольная выборка формируется путем псевдослучайных вариаций входных образцов из обучающей выборки. Каждая такая вариация соответствует постоянному изменению уровня моря вследствие ошибок измерений и/или колебаний ветрового и/или приливоотливного характера. Обучается сеть методом Adamax. Критерием эффективности обучения служит наибольшее значение модуля ошибки прогноза широты, определенное для образцов из контрольной выборки. После обучения сеть проходит тестирование на образцах, полученных аналогичным образом, как для контрольной выборки. Моделирование выполнено с использованием языка программирования Python. Для обучения и реализации работы нейронной сети используется библиотека TensorFlow. Моделирование выполнено для нескольких вариантов архитектуры сети, каждый из которых отличается количеством нейронов в скрытом слое. В результате было зафиксировано, что нейронные сети имеют тенденцию к обучению их прогнозированию широты места судна по последовательности глубин, что позволяет рассматривать их в качестве перспективного инструмента для решения задач батиметрической навигации.