Адаптируемая под человеческий элемент стационарная система судовой пожарной сигнализации

Актуальность темы

Прогресс в области создания сложных технических систем достиг заметных успехов в области их надёжного функционирования. Появились серьёзные исследования, оценивающие влияние технических систем на органы человека, что вызвало целое направление проектирования конструкций технических устройств под человека-оператора. Интерес к этому направлению связан с тем, что стремление увеличить надёжность техники сдерживается т.н. человеческим фактором**. Всё чаще человек оказывается наиболее слабым звеном в управлении' сложной технической системой.

Вмешательство авиадиспетчера (человека-оператора), потребовавшего ухода пассажирского авиалайнера «вверх», вместо рекомендованного автоматом «вниз», привело к авиакатастрофе над Боденским озером. Уже очевидно, что в проекте автоматической системы оповещений о цунами в юго-восточной Азии необходимо предусмотреть передачу оповещений, независимо от служб гидрометеорологии этих стран. Полезно вспомнить, как работа космонавтов одной из долговременных экспедиций на международной космической станции едва не была прервана досрочно из-за проблем с продовольствием. Оказалось, космонавты предыдущей экспедиции питались соответствующими их вкусу видами космической пищи, не информировав об этом ответственные наземные службы. Как оказалось, проблему создало несоответствие вкусов людей предыдущей и следующей длительных космических экспедиций, неочевидных в условиях космоса.

Ситуацию на море точно описывают слова капитана дальнего плавания Николая Чигренко, опубликованные в журнале «Судоходство» № 1 — 2 за 2003 год [1]: «Ничего страшнее пожара на плавучем объекте в открытом море нельзя себе представить. Изолированность от помощи берега, несовершенство протиф) Человеческий фактор в терминологии Международной Морской Организации (IMO) называется человеческим элементом. вопожарных средств (всё ещё наблюдается, несмотря на огромные успехи в развитии техники), сильное психологическое воздействие пожара и (возбуждённых им — В.Д.) взрывов на экипаж — вот те основные факторы, которые мешают справиться с огненной стихией, даже при пожаре среднего масштаба, и приводят к катастрофическим последствиям, хотя теоретически этого можно было бы избежать. Трагедия „Титаника“ и многие пожары на пассажирских и других судах говорят не только о несовершенстве техники, даже электронной, или о скупости при постройке и снабжении судов, но и об огромном влиянии негативного человеческого фактора» .

В журнале «Судоходство» № 1 — 2 за 2003 год [2] также высказана мысль, что «решающее значение для успешности действий спасателей может иметь оборудование, позволяющее выявить очаг возгорания и правильно оценить обстановку. Чем быстрее будет обнаружен очаг пожара, тем легче его взять под контроль» .

Поэтому сегодня весьма актуально дальнейшее наращивание контролирующих технических устройств, помогающих человеку-оператору управлять сложными техническими системами и вырабатывать правильные оперативные решения в критических ситуациях.

Объектом исследования является система технической противопожарной диагностики судовых помещений, увеличивающая правильность принятия решений членами экипажа судна в экстремальных условиях пожара.

Предметом исследования является стационарная судовая система пожарной сигнализации (ССПС) повышенной надёжности. Насыщенность судовых помещений техническим оборудованием, требующим всесторонней специализированной подготовки судовых специалистов, при тенденции снижения численности судовых экипажей, усиливает роль человеческого элемента (ЧЭ) в квалифицированном обслуживании и эксплуатации оборудования. Ошибка от несвоевременно принятого решения одного члена экипажа должна быть сведена к минимуму для предотвращения аварийной ситуации. Это соответствует позиции Международной Морской Организации (IMO), изложенной в резолюции А.850(20), согласно которой адекватность действий в тех или иных условиях должна исключать ошибки одного человека, влияющие на безопасность судна в целом [3].

Цель исследования. Целью диссертационной работы является поиск более надёжного принципа работы стационарной ССПС:

— уменьшающей влияние ЧЭ на своевременность принятии решения об объявлении пожарной тревоги;

— снижающей риск ошибки конструктора судна от недостаточного прикрытия средствами пожарного контроля пожароопасных зон судовых помещений;

— обеспечивающей простое поддержание работоспособности ССПС силами экипажа судна при всей рутинности её эксплуатации;

— гарантирующей запись текущего состояния системы в приборе регистрации данных о рейсе судна (чёрном ящике) для обеспечения надлежащего расследования развития пожара, а также возможностей внезапной оперативной проверки готовности ССПС к работе ответственными лицами Морской Администрации при обычной эксплуатации судна.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие оригинальные научные результаты:

— предложена модель судовой эрготехнической системы на основе теории отношений «объективного» и «субъективного» ;

— предложен способ построения карты Карно на девять логических переменных, позволивший существенно увеличить число правил объединения клеток для такой карты Карно;

— проведено математическое обоснование возможности записи конечного выражения (путём объединения клеток в карте Карно) в совершенной конъюнктивной нормальной форме;

— предложена базисная организация логических структур построения (средствами дискретной математики) цифровых микросхем на шесть и на девять входов для двухуровневой оценки степени пожарной опасности (уровни «Угроза возгорания» и «Пожар»);

— обоснованы способы соединения таких микросхем в группы (в частно- -сти, по две и по три) для двухуровневого способа оценки пожарной опасности;

— предложено использование обнаруженных новых свойств треугольника Паскаля (в частности, организующего частотные метки контролируемых помещений);

— предложен способ преобразования сигналов в индикации мест возгорания в пожарном приёмно-контрольном приборе, учитывающий требования инженерной психологии.

Научная достоверность и обоснованность результатов. Научная достоверность и обоснованность результатов, защищаемых в настоящей работе, основана на использовании формул, теорем, правил и методов, разработанных отечественными и иностранными учёными в областях пожарной безопасности, инженерной психологии, дискретной математики, цифровой и аналоговой схемотехники, дискретного преобразования Фурье (соответствующие работы учёных упомянуты в списке использованной литературы).

Практическая ценность. Предлагаемая стационарная ССПС обладает возможностью указания места возгорания на пожарном приёмно-контрольном приборе (ППКП) — до 24 помещений на каждый луч ППКП. Количество лучей определяется сложностью интерьера судна. В каждом из упомянутых помещений данная система допускает установку автоматических и ручных пожарных извещателей в количестве от двух до 27 при любом качественном сочетании автоматических пожарных извещателей (тепловых, дымовых, пламени и т. д.). Использование звуковых частот — меток помещений для определения местоположения возгорания при современной элементной базе (реляторы, цифровые микросхемы) обеспечивает возможность поддержания работоспособности стационарной ССПС силами экипажа при использовании минимума измерительной аппаратуры. Массовое использование микросхем реляторов вместо реле увеличивает надёжность работы системы. Предложен способ регистрации развития судового пожара на прибор регистрации данных о рейсе судна (чёрный ящик) от всех лучей на один общий носитель записиобосновывается возможность использования для этих целей дискретного преобразования Фурье. Ведение таких записей не противоречит возможности расширения минимального набора данных, подлежащих записи в приборе регистрации данных о рейсе судна (ПРДРС), как это требует резолюция IMO А. 861(20) [4]. Наличие на борту ПРДРС в настоящее является обязательным для всех пассажирских судов независимо от даты постройки судна и валовой вместимости и для непассажирских судов с валовой вместимостью от 3000 регистровых тонн и более, построенных после 1 июля 2002 г [5].

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации апробированы в публикациях в журналах «Транспортное дело в России», «Известия вузов Северо-Кавказского региона: Технические науки», в материалах второй региональной научно-технической конференции «Проблемы технической и коммерческой эксплуатации и модернизации транспорта» (14-И 6 июня 2001 г.), материалах четвёртой научно-технической конференции «Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта «(19ч-23 сент. 2005 г.) и сборниках научных трудов НГМА. Научный вклад соискателя в разработку защищаемых положений определяющий.

На защиту выносятся:

1. Модель судовой эрготехнической системы отношений «объективного» и «субъективного» .

2. Представление карты Карно на девять логических переменных для ССПС.

3. Обоснование (доказательство) возможности записи конечного выражения в совершенной конъюнктивной нормальной форме после объединения клеток в карте Карно.

4. Логические схемы построения базисных цифровых микросхем на шесть и на девять входов для двухуровневой стационарной ССПС и схем их совместней работы по два и три элемента при любом качественном сочетании.

5. Использование новых свойств треугольника Паскаля для пространственной организации частотного плана генераторов — меток помещений.

6. Способ преобразования сигналов в индикации мест возгорания с использованием реляторных линеек.

Заключение

Подведём итог проделанной работы. Предложена модель судовой эрго-технической системы отношений «объективного» и «субъективного». В предложенной судовой эрготехнической системе определены структуры, способствующие её устойчивости, выделены в качестве лиц наделенных правом принятия решения субъекты, принимающие решения. Из теории отношений «объективного» и «субъективного» выведено требование подчинения (корреляции) действий «ненадёжного субъекта» управляющим решениям «более надёжного объекта» управления.

Для этой цели была предложена двухуровневая система стационарной ССПС с двумя уровнями определения степени пожарной опасности — «Угроза возгорания» и «Пожар». Необходимость такого двухуровневого подхода реша-. ет проблему селекции ситуации между ложной активизацией АПИ и реальным возгоранием в контролируемом судовом помещении. При этом ССПС однозначно подсказывает необходимость объявления пожарной тревоги. Оперативность принятия решения в борьбе за живучесть судна обеспечит меньшую вероятность потери личного состава экипажа судна и материальных ценностей, вызванных пожаром. Для реализации двухуровневой системы введена избыточность по количеству извещателей от двух до 27 на одно помещение.

С целью различения одного или (как минимум) двух активизированных извещателей из их общей группы использована разработанная при подготовки диссертации карта Карно на девять логических переменных. Обоснован по применению и использован способ представления конечного выражения с помощью СКНФ. Расширено число правил «склеивания» клеток карты Карно при увеличении числа логических переменных до девяти.

Применение принципа обработки сигналов, полученное в данной формуле для девяти логических переменных, как, оказалось, можно использовать на неограниченное количество двоичных переменных.

В качестве обработки подобных сигналов были предложены две аналогичные по своим принципам логические структуры, названные базисными цифровыми микросхемами, на девять и шесть входных переменных. С помощью дискретной математики обоснованны СМСР, составляемые из базисных в любом их качественном сочетании для двух или трёх микросхем. При использовании АПИ с вероятностью активизации при пожаре 0,7 и вероятности принятия решения СПР1 об объявлении пожарной тревоги 0,8 предлагаемый способ позволяет достигать вероятности достоверности определения. пожарной опасности до 0,999 999 999 999 896 (с учётом ЧЭ).

Упорядочены частоты ГМП с использованием новых обнаруженных свойств треугольника Паскаля. Упорядочивание частотного плана позволило провести обоснование возможности применения ДПФ с записью состояния ССПС от всех лучей на один общий носитель в ПРДРС (в обычных условиях эксплуатации и при пожаре). В качестве частотного плана ГМП с учётом ЧЭ (осуществляющего обслуживание и ремонт ССПС) предложено использовать звуковой диапазон.

В предложенных схемах коммутаторов звуковых частот в общую линию пожарного луча к ППКП и перевода информации о месте возгорания в удобную для ЧЭ форму предложено использование реляторов — логических элементов, воспроизводящих бинарные операции импликативной алгебры выбора. Применение реляторов за счёт отказа от массового применения реле в схеме ССПС должно увеличить надёжность ССПС.

Рекомендован способ представления информации в удобной для СПР форме двойной светодиодной индикации на панели продольного разреза судна и схемы палуб. Такой вариант не только соответствует требованиям инженерной психологии, но и рекомендациям IMO. Обоснована возможность использования дискретного преобразования Фурье для записи состояния ССПС при развитии пожара. Психологический фактор давления возможности совмещения при анализе аварийной обстановки записей в ПРДРС, защищённых от внешнего вмешательства, показаний записи разговоров посредством микрофонов, как обязательное требование к ПРДРС и текущего состояния ССПС, очевидно, окажется внешним фактором, выводящим человека из состояния паники в пожароопасной обстановке. Анализ записи, полученной в ПРДРС, позволит проанализировать, пЬ меньшей мере, для судов данной серии правильность выбранного технологического решения в вопросах пожароустойчивости дверей и переборок судна, правильности выбранных позиций размещения АПИ для прикрытия пожароопасных зон.

Для обслуживания ССПС на борту судна оказывается достаточным из набора измерительных приборов использование обычного цифрового мультимет-ра с возможностью измерений частоты до 10 кГц.

В предлагаемой ССПС на одно контролируемое судовое помещение можно в любом качественном сочетании использовать до 27 АПИ (тепловых, дымовых, пламени и т. д.) и РПИ. Максимальное количество судовых помещений с индикацией мест возгорания равно 24 на один луч от ILL ДСП в предлагаемой ССПС (при постоянном контроле целостности лучей за счёт применения ГНК).

Таким образом, предложенная ССПС, объединив в себе преимущества существующих безадресных (прикрытие пожароопасных зон на судне при массовом применении извещателей в помещениях) и адресных ССПС (возможность оперативного определения места возгорания), ещё и обладает дополнительными возможностями: селекции ситуации между ложной активизацией извещателей и реальным возгораниемрегистрации процесса развития пожара в ПРДРСпредставления текущей ситуации в подконтрольных помещениях в удобной форме для понимания ЧЭиспользования минимума измерительной аппаратуры при рутинной эксплуатации.