Математическая формализация и метод регулирования усталости штурманского состава морских судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Моисеев Павел Алексеевич
Моисеев Павел Алексеевич
кандидат наук
2026
- Специальность ВАК РФ00.00.00
- Количество страниц 131
Оглавление диссертации кандидат наук Моисеев Павел Алексеевич
Введение
1 Анализ проблемы усталости судоводителей и текущего содержания методологии её решения
1.1 Общее и прикладное содержание понятия «усталость»
1.2 Нормативно-правовое регулирование усталости
1.3 Усталость судоводителя как причина морских аварий
и инцидентов
1.4 Исследование суточного распределения навигационных
аварий
1.4.1 Методика сбора информации при помощи системы
01818
1.4.2 Формирование суточных распределений столкновений, посадок на мель, навалов и опрокидываний и их анализ
1.5 Современная методология прогнозирования, учёта
и предупреждения усталости моряков. Обзор научных исследований и их результатов
1.6 Выводы по первой главе
2 Теоретико-методологические основы математической формализации усталости судоводителей
2.1 Общие принципы формализации
2.2 Обоснование классификации усталости и функций усталости
в общем виде
2.3 Обоснование возможности использования при математической формализации экспоненциальной функции
2.4 Обоснование факторов (аргументов функции) усталости
2.5 Выводы по второй главе
3 Разработка неиндивидуализированной математической модели усталости
3.1 Критерии категорий факторов усталости
3.2 Математическая формализация долгосрочной усталости
3.3 Математическая формализация среднесрочной усталости
3.4 Математическая формализация краткосрочной усталости
3.5 Сводные итоги формализации усталости
3.6 Описание программы для ЭВМ по расчёту и прогнозированию усталости судоводителя
3.7 Выводы по третьей главе
Заключение
Список литературы
Приложение А Акт внедрения результатов диссертационного
исследования в учебный процесс
Приложение Б Акт внедрения результатов диссертационного
исследования в производственную деятельность
ООО «Бизнес Доп»
Приложение В Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ
«Количественная оценка усталости судоводителей»
Введение
Актуальность темы. Одной из нерешённых до настоящего времени проблем мореплавания является усталость судоводителей, её негативное влияние на безопасность мореплавания и отсутствие действенных методов прогнозирования, регулирования и предупреждения усталости. Вместе с тем, именно усталость является самой объёмной составляющей человеческого фактора, который, в свою очередь, позиционируется в подавляющем большинстве официальных отчётов, научных работ и пр. как основная причина морских аварий и инцидентов.
Множество правовых, организационных, медицинских и психологических исследований, разработанных на различных уровнях и внедрённых мероприятий так и не дали пока должного эффекта. Усталость - это сложный феномен, который не предполагает исследования методами и средствами какой-либо одной науки так же, как и тривиального способа регулирования. Здесь следует говорить, скорее, о комплексной методологии предупреждения усталости судоводителя, которая, кроме всего прочего, должна включать в себя и математическую модель усталости. Однако, все попытки осуществить математическую формализацию усталости пока не привели к какому-либо общепринятому результату, который позволил бы стать ему частью указанной методологии.
Таким образом, научная задача по построению математической модели усталости судоводителей является актуальной.
Степень разработанности темы. Наибольший вклад в исследование проблемы усталости в судоходстве внесли такие учёные, как В.В. Каретников, С.В. Козик, И.А. Соколова [11], А.Н. Томилин, А.Л. Боран-Кешишьян, С.Н. Томилина, Д.О. Яворская [25], К.Ф. Дживо [6], S. Hursh, D. Redmond, M. Johnson, D. Thorne, G. Belenky, T. Balkin, W. Storm, J. Miller, D. Eddy [48], T. Aker-stedt, S. Folkard [35], A. Whitmire, L. Leveton, L. Barger, G. Brainard, D. Dinges, E. Klerman, C. Shea [58], А.Р. Шошин [33], М.А. Шалякин, С.В. Лютко [32], А.С. Сыпало [23], S.B. Dohrmann, A. Leppin [42] и другие. Существенный
вклад в решение проблемы усталости и её предупреждения на борту морских судов внесла Международная морская организация (ИМО).
Таким образом очевидно, что исследования в этом направлении ведутся довольно интенсивно, однако сверхвысокая сложность задачи и недостаток знаний пока не привели к какому-либо эффективному решению, и усталость моряков остаётся, как и прежде, обычным и широко распространенным явлением. Таким образом, методология регулирования усталостью моряков имеет свои недостатки, заключающиеся в многообразии методов, отсутствии единого системного подхода к контролю и предупреждению усталости и препятствующие созданию и реализации эффективной процедуры управления усталостью. Данные недостатки стали источником противоречий между ожидаемым и желаемым уменьшением количества аварий и аварийных ситуаций с судами как прямого или косвенного следствия проявления усталости судоводителя, риска морских аварий и инцидентов с одной стороны и недостаточной развитостью соответствующей методической базы с другой.
Усталость имеет кумулятивный характер [45, 50], т.е. ей свойственно накапливаться со временем, при этом скорость её накопления определяется некоторым набором детерминирующих факторов. Или, говоря математическим языком, усталость является функцией времени и аргументов, связанных с факторами усталости. Представленный тезис порождает очевидный вопрос о виде этой функции. Вместе с тем, многие природные явления адекватно описываются количественными моделями, основанными на экспоненциальных функциях и их суммах. Число е и натуральный логарифм являются неразрывно связанными величинами, которые представляют один из фундаментальных механизмов, управляющих развитием природных явлений. Примеры таких количественных моделей многочисленны и разнообразны и встречаются во многих отраслях.
Специфика деятельности судоводителя, включающая в себя вахтовый метод работы не только в смысле навигационных вахт, но и сочетания дли-
тельных рейсовых и межрейсовых периодов, позволили предположить, что исследование усталости не может быть ограничено только периодом несения вахты. Принимать во внимание следует также её накопление на более протяжённых промежутках времени, причём перечень детерминант (факторов) накопления будет определяться длительностью этого промежутка и принципов его выделения на временной оси.
В связи с этим, гипотеза исследования была сформулирована следующим образом: перечень факторов, влияющих на накопление усталости, определяется длительностью временного промежутка, в пределах которого происходит оценка, и принципов выделения его на временной оси, что приводит к необходимости дифференциации усталости по видам, причём каждый вид усталости описывается самостоятельной математической моделью, основанной на экспоненциальной функции, а все видовые математические модели взаимосвязаны и формируют общую математическую модель усталости судоводителя.
Цель диссертационного исследования - построение многофакторной комплексной неиндивидуализированной математической модели изменения усталости судоводителя.
Реализация поставленной цели обусловила необходимость решения следующих задач.
— обоснование временной классификации усталости;
— обоснование перечня значимых факторов, определяющих накопление усталости;
— определение вида функций для аналитического описания усталости судоводителя и разработки математической модели усталости;
— разработка математической модели усталости - конкретизация функций посредством определения численных значений факторных коэффициентов.
Объект исследования - производственная деятельность судоводителя.
Предмет исследования - усталость судоводителей.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- впервые обоснована классификация усталости на краткосрочную, среднесрочную и долгосрочную усталость;
- впервые разработана математическая модель усталости как совокупность взаимосвязанных математических моделей краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной усталости.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы для выполнения поставленных задач использовались методы системного анализа, синтеза, моделирования, экспериментального исследования.
Эмпирическая база исследования сформирована отчётами о расследовании морских аварий и инцидентов и результатами эксперимента, проведённого морском судне, осуществляющем реальную производственную деятельность, в отношении испытуемых (действующих судоводителей), выполнявших функции вахтенного помощника капитана.
Основные положения диссертационного исследования, выносимые на защиту :
- классификация усталости;
- результаты математической формализации усталости (математические модели краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной усталости).
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности оценки (в том числе и автоматизированной) накопления усталости судоводителя в любой момент времени и регулирования усталости капитаном судна и (или) береговым менеджментом.
Теоретическая значимость результатов исследования заключается в развитии теоретических положений, касающихся человеческого фактора.
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечивается:
- глубокой проработкой теоретического обоснования, которое основано на доказанных положениях прикладных и фундаментальных
наук;
— согласованностью с известными и сформулированными теоретическими положениями;
— использованием отчётов о расследовании реальных морских аварий и инцидентов;
— результатами натурного эксперимента;
— комплексным использованием известных, общепринятых, проверенных практикой общелогических, теоретических и эмпирических методов исследования;
— публикациями основных результатов исследования в рецензируемых изданиях;
— обсуждением промежуточных и окончательных результатов исследования на конференциях различных уровней.
Реализация и внедрение результатов диссертационного исследования. Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет», а именно в образовательную программу высшего образования по специальности 26.05.05 «Судовождение» и в дополнительную профессиональную программу (повышения квалификации) «Использование Глобальной интегрированной информационной системы GISIS Международной морской организации как источника информации о морских авариях и инцидентах».
Кроме того, результаты исследования внедрены в производственную деятельность ООО «Бизнес Доп» (г. Москва).
Факты внедрения подтверждаются соответствующими актами, размещёнными в приложениях А и Б.
Тематика диссертационного исследования соответствует научной специальности 2.9.7 «Эксплуатация водного транспорта, водные пути сообщения и гидрография» по следующим пунктам паспорта специальности:
— безопасность судоходства (п. 13);
— влияние человеческого фактора на безопасность судоходства (п. 14).
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались и получили одобрение на одной международной и двух национальных конференциях, в том числе на VII Международной научно-практической конференции «Транспортные системы: безопасность, новые технологии, экология» (г. Якутск, 2025 г.), на I и IV Национальной научно-технической конференции «Новые стратегии и технологии морского судоходства и промысла» (г. Калининград, 2022 и 2025 гг.).
Личный вклад автора заключается в обосновании классификации усталости и в разработке математической модели усталости.
Публикации. Промежуточные и основные итоги и выводы исследования опубликованы в 5 научных статьях, из которых одна статья в издании, индексируемом в международной базе Web of Science и приравненном к публикациям в изданиях, рекомендованных ВАК, одна публикация в издании, рекомендованном ВАК, и одно свидетельство на программу для ЭВМ (приложение В).
Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованной литературы и трёх приложений. Диссертационная работа изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 24 таблицы и 47 рисунков. Библиография включает 59 источников.
1 Анализ проблемы усталости судоводителей и текущего содержания
методологии её решения
1.1 Общее и прикладное содержание понятия «усталость»
Общепринятого определения усталости не существует. Обычно ее описывают как состояние усталости, утомления или сонливости, возникающее в результате продолжительной физической или умственной работы, длительных периодов волнения, воздействия неблагоприятных условий окружающей среды или потери сна [25].
В документе ИМО MSC/Circ.813/MEPC/Circ.330 «Список общих терминов человеческого элемента» [13] содержится следующее определение: «Снижение физических и/или умственных способностей в результате физических, умственных или эмоциональных нагрузок, которое может нарушить почти все физические способности, включая: силу, скорость, время реакции, координацию, принятие решений или равновесие» [25, 43].
В Руководстве ИМО по усталости 2019 года [44] под усталостью рекомендуется понимать «.. .состояние физического и/или психического расстройства, вызванное такими факторами, как недостаточный сон, длительное бодрствование, несоответствие режима работы и отдыха циркадным ритмам, а также физическое, умственное или эмоциональное напряжение, которое может ухудшить бдительность и способность безопасно управлять судном или выполнять обязанности, связанные с безопасностью» [44].
Как правило, усталость возникает, когда нарушается баланс между физическими и умственными усилиями, затрачиваемыми во время бодрствования, и восстановлением тела и мозга после этих усилий. Аспекты восстановления включают в себя достаточное количество сна, правильное питание и питье, а также короткие перерывы, когда это необходимо.
Ниже приведены несколько определений усталости, присутствующих в научных публикациях, практически не противоречащих и дополняющих друг
друга.
«Морская усталость представляет собой многокомпонентное явление, включающее физиологические, когнитивные и эмоциональные аспекты, возникающее в результате продолжительных периодов работы, недостаточного восстановления и воздействия стрессоров окружающей среды (таких как качка судна, шум). Это состояние приводит к снижению бдительности, замедлению времени реакции и увеличению количества ошибок» [55].
«Усталость у моряков - это кумулятивный процесс, при котором недостаточный отдых между рабочими периодами приводит к нейрокогнитивным нарушениям, включая ухудшение памяти, перебои внимания и снижение способности решать проблемы» [46].
«Усталость представляет собой биологическую реакцию на продолжительное бодрствование или нарушенные режимы сна, которая может быть измерена с помощью электроэнцефалографии, уровня кортизола и психомоторных тестов. В морском контексте это состояние усугубляется графиком вахт и стрессовыми факторами окружающей среды» [49].
В литературе усталость в основном делится на два типа: острая усталость и хроническая усталость. Острая усталость - это нормальное явление, которое исчезает после периода отдыха. Хроническая усталость возникает в результате длительного накопления острой усталости. Механизмы компенсации не так полезны для снижения хронической усталости, как для снижения острой усталости. Наблюдается широкий спектр симптомов усталости, к которым относятся:
- повышенная тревожность,
- снижение кратковременной памяти,
- замедление времени реакции,
- снижение эффективности работы,
- снижение мотивации,
- снижение бдительности,
- повышенная вариабельность в выполнении работы,
- повышенное количество ошибок пропуска, которое увеличивается в случае, если к заданию добавляется дефицит времени,
- ухудшение реакции при необходимости осуществить ответные на изменение ситуации действия (повышенная латентность как по величине временной задержки в реакции, так и по количеству эпзодов).
Усталость имеет пагубное влияние на бдительность. Для моряка снижение бдительности означает, что требуется больше времени для реагирования на сигналы и сложные ситуации. Кроме того, снижение бдительности приведет к перераспределению внимания не на центральные, а на второстепенные признаки. С точки зрения этого соображения, концентрация и устойчивое внимание моряка будут значительно нарушены. В результате, негативное влияние усталости может привести к резкому снижению работоспособности в физическом, психологическом и умственном аспектах.
Влияние усталости на производительность труда было выявлено в ходе многих исследований и научных проектов [56], среди которых можно выделить четыре основных эффекта:
- первый эффект - снижение осведомленности и плохая память, что приводит к тому, что уставшие моряки могут быть более восприимчивы к ошибкам памяти;
- второй эффект - это высокая степень риска, которую берет на себя моряк при выполнении сложных задач во время плавания. Уставший моряк обычно выбирает стратегии с высокой степенью риска на основании того, что они требуют меньше усилий для выполнения, что впоследствии может привести к неверным решениям;
- третий эффект заключается в том, что усталость может повлиять на инициативность человека, чтобы реагировать на движущую силу в работе. Уставший моряк может стать менее мотивированным в своей работе, что, как следствие, приведет к низкой производительности труда;
- последний эффект заключается в том, что он может повлиять на способность моряка решать проблемы и принимать решения, которые необходимы для выполнения задач, связанных с мореплаванием.
В целом, усталость может повлиять на здоровье моряков, возможно, увеличивая риск хронических заболеваний, и может представлять потенциальную угрозу для их жизни и безопасности судна, резко снижая уровень бдительности и ухудшая выполнение работы.
По результатам анализа существующих определений и содержания понятия «усталость», в целях настоящего исследования предлагается следующее авторское универсальное (не привязанное к отрасли) определение.
Усталость - состояние человека, определяемого уменьшением (истощением) физиологических, психических и психолого-эмоциональных ресурсов организма вследствие воздействия внешних и внутренних прямых и косвенных факторов профессиональной деятельности, негативно влияющее на эффективность этой деятельности. При этом обозначенные ресурсы организма расходуются на противодействие внешним и внутренним факторам с целью поддержания стабильного (устойчивого) функционирования организма при осуществлении профессиональной деятельности, а критическим является момент, когда имеющихся ресурсов перестаёт хватать для обеспечения устойчивого функционирования.
1.2 Нормативно-правовое регулирование усталости
Одним из основных нормативно-правовых актов, определяющим условия и порядок регулирования усталости, учета часов работы и составления рабочих графиков является Международная конвенция 2006 года о труде в морском судоходстве (КТМС) [12]. Она устанавливает следующие требования к количеству рабочих часов (Правило 2.3 - Рабочее время и время отдыха):
- минимум 10 часов отдыха в сутки (может быть разделен на 2 периода, но один из них не менее 6 часов);
- еженедельный отдых - не менее 77 часов за 7 дней.
Кроме этого КТМС регламентирует помимо часов работы другие факторы, такие как условия проживания (каюты, вентиляция, шумоизоляция -Правило 3.1), питание и вода (качество пищи влияет на утомляемость - Правило 3.2), а также медицинское обслуживание (доступ к врачу, профилактика стресса - Правило 4.1).
В Конвенции и Кодексе ПДНВ [16] требования по предотвращению усталости экипажа судов регламентируются, в первую очередь, разделом А-УШ/1 «Годность к несению вахты» Кодекса ПДНВ и перекликаются с требованиями, описанными в КТМС:
«2. Все лица, назначенные выполнять обязанности вахтенного помощника капитана или лица рядового состава, входящего в состав вахты, а также лица, назначенные выполнять обязанности, связанные с обеспечением безопасности и охраны, а также предотвращением загрязнения, должны иметь следующие периоды отдыха:
.1 не менее 10 часов отдыха в течение 24 -часового периода; и .2 77 часов в течение любого 7-дневного периода.» Помимо этого, в Правиле УШ/1 Конвенции ПДНВ устанавливаются следующие требования:
«1 Каждая Администрация, с целью предотвращения усталости, должна: . 1 установить и обеспечить соблюдение периодов отдыха для персонала, несущего вахту, и тех лиц, обязанности которых включают назначенные обязанности по вопросам безопасности, охраны и предотвращения загрязнения в соответствии с положениями раздела А-УШ/1 Кодекса ПДНВ; и
.2 требовать, чтобы вахта была организована таким образом, чтобы усталость всего вахтенного персонала не влияла на эффективность несения вахты, и служба была организована таким образом, чтобы личный состав первой при отходе в рейс и последующих сменяющих вахт получал достаточный отдых и
был годен к несению вахты во всех других отношениях» [16].
Конвенция и Кодекс ПДНВ не детализируют требования к методам борьбы с усталостью, при этом ссылаясь на другие документы.
Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения (Международный кодекс по управлению безопасностью, МКУБ) [15] не дает точного определения понятию усталость, но является ключевым для его регулирования. Основным пунктом, имеющим отношение к понятию «усталость», в МКУБ является пункт 6.2 «Ресурсы и персонал». Точная формулировка звучит следующим образом:
«Компания должна обеспечить, чтобы каждое судно укомплектовывалось квалифицированными, дипломированными и годными по состоянию здоровью моряками в соответствии с национальными и международными требованиями» [15].
Термин «годным по состоянию здоровья» включает оценку и регулирует устойчивость моряков к усталости.
Одними из ключевых и без преувеличения фундаментальных документов, имеющих отношение к предупреждению усталости, являются Руководство ИМО по предупреждению и управлению усталостью (Guidance on fatigue mitigation and management) [43] и пересмотренный в 2019 году вариант этого документа, поименованный как Руководство по усталости (Guidelines on fatigue) [44]. Руководство не является источником какой-либо новой информации - оно обобщает существующие знания в отношении усталости как таковой, её причинах, симптомах и влиянии на здоровье и безопасность деятельности, превентивных мерах (мерах по предупреждению), контрмерах (мерах по противодействию).
Руководство состоит из самостоятельных разделов (модулей), первых из которых включает общую информацию об усталости, а каждый последующий посвящён конкретному субъекту судоходства.
В первом разделе кроме уже приведённого выше определения усталости,
приведена классификация причин (факторов) усталости с разделением на четыре следующие группы:
- факторы экипажа, связанные с образом жизни, личными привычками и качествами (сон и отдых, циркадные ритмы, психологические и эмоциональные факторы, здоровье, стресс, употребление лекарств и психоактивных веществ, возраст, сменный график работы, умственная и физическая нагрузка);
- факторы управления на берегу и на судне;
- факторы судна;
- факторы окружающей среды;
- эксплуатационные факторы.
Факторы экипажа связаны с образом жизни, личными привычками и качествами, включают в себя: сон и отдых, циркадные ритмы, психологические и эмоциональные факторы, здоровье, стресс, употребление химических веществ, возраст, сменный график работы, умственную и физическую нагрузку.
Факторы управления определяются тактикой и стратегией управления судном береговым и судовым менеджментом, которые могут инициировать стресс, увеличивать нагрузку и, как следствие, приводить к усталости.
Факторы управления, в свою очередь делятся на организационные и режимные. В число первых входят: кадровая политика (включая сохранение кадров); роль руководителей и берегового персонала; требования к оформлению документов; экономические факторы; графики-смены, сверхурочные, перерывы; корпоративная культура и стиль управления; правила и положения; ресурсы; содержание судна; подготовка и подбор экипажа.
Режимные факторы, т.е. факторы, влияющие на рейс и расписание, включают в себя: частоту заходов в порт; время и маршруты перехода; гидрометеорологические факторы; плотность трафика; характер рабочей нагрузки в порту.
Факторы судна включают особенности конструкции судна, которые могут инициировать появление и развитие усталости. Некоторые особенности
конструкции судна влияют на рабочую нагрузку (автоматизация, надежность оборудования), другие - на качество сна, третьи - на уровень физической нагрузки (шум, вибрация, и т.д.).
Воздействие избыточных уровней факторов окружающей среды (температуры, влажности, шума) также определяют уровень усталости вплоть до физического дискомфорта, нарушения сна и вреда здоровью.
Качка судна также является фактором окружающей среды.
Факторы окружающей среды также можно разделить на внешние (волнение и трафик) и внутренние (шум, вибрация, температура).
Эксплуатационные факторы включают инспекции, обследования, аудиты, визиты, отчетность, меры безопасности и любые другие дополнительные задачи, которые должны быть выполнены на борту судна.
Первый раздел Руководства содержит также определение некоторых понятий (например, сна) и описание последствий появления усталости.
Симптомы (признаки) усталости Руководство делит на три части: физические, когнитивные и поведенческие (таблица 1.1).
Таблица 1.1 - Влияние и симптомы (признаки) усталости
Негативное изменения Признаки (симптомы)
Когнитивные признаки
Неспособность сосредоточиться неспособность выполнять (организовывать) некоторые действия
занятость одной задачей, проблемы с многозадачностью
сосредоточение на простой проблеме с игнорированием проблем более важных
возвращение к старым, но неэффективным привычкам
снижение бдительности
снижение способности решать сложные задачи
снижение остроты внимания
Снижение способности принимать решение неспособность адекватно оценивать расстояние, скорость и время
Продолжение табл
Негативное изменения Признаки (симптомы)
искажённая интерпретация ситуации
игнорирование аспектов работы, которые в обязательном порядке должны быть приняты во внимание
повышенная готовность идти на риск
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
"Управление риском чрезвычайных ситуаций на основе прогнозирования и минимизации влияния человеческого фактора на навигационную безопасность плавания судна"2018 год, кандидат наук Ермаков Сергей Владимирович
Многофункциональные виртуальные тренажеры для подготовки экипажей судов рыбопромыслового флота2017 год, кандидат наук Сметюх Надежда Павловна
Обоснование проектных решений и характеристик судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания с учетом обеспечения доминирующих факторов технической безопасности2023 год, доктор наук Кочнев Юрий Александрович
Разработка технологии обеспечения айсберговой безопасности поисково-разведочного бурения на арктическом шельфе на примере Восточно-Приновоземельских участков Карского моря2021 год, кандидат наук Ефимов Ярослав Олегович
Профессиональный отбор специалистов предприятий топливно-энергетического комплекса2016 год, кандидат наук Павлова Наталья Михайловна
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическая формализация и метод регулирования усталости штурманского состава морских судов»
нерешительность
Плохая память неспособность вспомнить последовательность задач или алгоритм задачи
трудности с запоминанием событий или процедур
пропуск выполнения задачи или её части
провалы в памяти
Замедление когнитивных процессов замедленная или отсутствующая реакция на изменение ситуации
Физические признаки
Непреодолимая сонливость медленное закрытие век
опущенные веки
зуд в глазах
непроизвольное опускание головы (кивание)
неспособность бодрствовать
Потеря контроля над телом нарушенная речь
ощущение тяжести в руках и ногах
неуклюжесть, приводящая, например, к падению предметов
трудности с координацией движений рук и глаз
тремор
Проблемы со здоровьем головные боли
головокружение
учащённое дыхание
проблемы с пищеварением
боли или судороги в ногах
бессонница
внезапные приступы потливости
учащённое сердцебиение и (или) аритмия
потеря аппетита
Окончание табл. 1.1
Негативное изменения Признаки (симптомы)
Поведенческие признаки
Изменение настроения меньшее чем обычно желание разговаривать
излишняя раздражительность
рост нетерпимости и антиобщественного поведения
депрессия
Изменение отношения к работе неспособность предвидеть опасность
ненаблюдение и (или) игнорирование предупреждающих и запрещающих знаков
некритичное отношение к своей деятельности
повышенная готовность идти на риск
игнорирование обычных проверок и процедур
безразличие к работе и её результатам
редукция коммуникабельности
растущее число упущений и небрежности
снижение мотивации
Раздел 2 содержит руководство для берегового менеджмента по оценке, смягчению и управлению риском усталости в рабочих условиях. В этом разделе, кроме всего прочего, Руководство рекомендует использовать программные средства прогнозирования усталости, указывая, что модели и соответствующее программное обеспечение для прогнозирования уровней усталости для конкретных операций могут быть полезными дополнительными инструментами для управления рисками. Однако такие средства не должны использоваться изолированно или быть основным инструментом управления усталостью, поскольку они недостаточны для определения полной степени риска. Они всегда должны подкрепляться другими эксплуатационными данными. Основная цель этих средств должна быть ограничена выявлением потенциально вызывающих усталость графиков дежурств. Это связано с тем, что многочисленные непредвиденные обстоятельства, такие как погодные условия,
неожиданные технические проблемы или болезни моряков, могут вызвать изменения в запланированных графиках. Усталость моряков является результатом того, что фактически отработано, а не того, что запланировано. Таким образом, еще один проактивный подход к выявлению опасностей, связанных с усталостью, заключается в анализе фактических графиков дежурств в эксплуатации.
В контексте настоящей диссертации также следует обратить на следующие положения раздела 2 Руководства.
Несмотря на то, что береговой менеджмент не может регулировать и контролировать режим сна каждого члена экипажа на каждом судне, он в состоянии создать систему управления усталостью.
Менеджеры при применении норм Кодекса ПДНВ в отношении часов работы должны знать, что учет эффектов циркадного ритма и дефицита сна предельно важен для обеспечения качества отдыха, при этом отдых не означает другую форму работы.
Из части Руководства версии 2001 года, предназначенного береговому менеджменту, внимание заслуживает приведённая в ней аналогии усталости и алкоголя. Так, период устойчивого бодрствования в течение 18 часов сопоставляется в Руководстве с концентрацией алкоголя в крови 0,05% [40]. При бодрствовании в течение 24 часов можно говорить уже о 0,10% содержания алкоголя в крови. Ввиду сходства между эффектами алкоголя и усталости Руководство допускает использовать для их изучения аналогичные подходы.
В том же разделе 6 Руководств упоминаются результаты исследования [38], согласно которым периоды непрерывной работы в течение 24 часов приводят к снижению производительности примерно на 25%, а усталость будет иметь пагубное воздействие на высшие умственные функции до того, как проявятся более очевидные эффекты.
Третий раздел описывает причины и симптомы усталости, а также представляют рекомендации по её снижению для моряков.
Признавая, что самым эффективным средством снятия усталости является полноценный сон и отдых, ИМО в своём руководстве предлагает несколько следующих факультативных способов снижения усталости:
- короткие перерывы на отдых в течение рабочего времени (когда это осуществимо);
- контролируемый стратегический сон (наиболее эффективная продолжительность сна составляет около 20 минут);
- правильное питание (включая приём жидкости);
- яркий свет, прохладный сухой воздух, музыка;
- кофеин, однако его регулярное употребление со временем снижает ценность этого стимулятора и негативно влияет на усталость и качество сна;
- любой вид физической активности: бег, ходьба, растяжка или даже жевание жвачки;
- ротация видов деятельности, работы (когда это возможно).
Четвёртый раздел Руководства определяет принципы обучения будущих
и действующих моряков концепции предотвращения усталости, выделяя при этом три основных цели такого обучения:
1) развить осознание основных принципов оценки усталости и принятие того, что все люди испытывают усталость - она не является личным недостатком или слабостью, а представляет собой часть человеческого состояния. Очевидно, что некоторые обучающиеся будут сопротивляться или отрицать возможность личного ощущения усталости, но предельно важно, чтобы они осознали свою собственную уязвимость к усталости;
2) сформировать у обучающихся понимание краткосрочных и долгосрочных симптомов усталости, последствий и возможных профилактические и смягчающих мер;
3) разработка стратегии для предотвращения или минимизации усталости на их рабочих местах.
Раздел 5 Руководства содержит анализ влияния эргономики судна на динамику усталости,
В разделе 6 Руководства содержится практическая информация для государств флага и порта по управлению усталости на борту судов.
В двух приложениях Руководства размещены примеры инструментов мониторинга сна и усталости (дневник сна, Каролинская шкала сонливости (KSS), проверка статуса экипажа Samn-Perelli, инструмент самооценки усталости) и отчёта о наступлении усталости.
1.3 Усталость судоводителя как причина морских аварий и инцидентов
Количество морских аварий и инцидентов, причиной которых стала усталость судоводителей непосредственно, отдельно, как правило, не оценивается, а соответствующие статистические данные в научной и иной литературе появляются не так часто и имеют несколько противоречивый характер.
Так, по оценкам, представленным в [51], 16% критических аварий судов и 33% несчастных случаев с травмами были вызваны усталостью напрямую или косвенно, а вклад усталости в число посадок на мель и столкновений составил 36% и 25% соответственно. В свою очередь, в исследовании [41] этот вклад оценен несколько иначе - 53% для посадок на мель и 38% для столкновений. И, наоборот, в работе [47] фигурируют оценки, несколько меньшие уже представленных - усталость может являться причиной от 11% до 23% столкновений и посадок на мель.
Как правило, статистика принимает во внимание в качестве причины человеческий фактор, который среди прочего включает в себя и усталость. Вместе с тем, доступность подробных официальных отчётов о расследовании морских аварий и инцидентов как на сайтах уполномоченных на расследование органов, так через и глобальную интегрированную информационную систему ИМО (Global Integrated Shipping Information System - GISIS) дают возмож-
ность исследователям в целях иллюстрации и исследования проблемы усталости через так называемые кейсы подобрать и описать аварийные происшествия, в числе причин которых присутствует усталость.
23 декабря 2021 года, примерно в 03:30 по местному времени, голландский сухогруз Amadeus Aquamarijn получило удар сзади от бельгийского рыболовного судна Z60 Blue Angel, когда оно шло по юго-западной полосе схемы разделения движения над Вадденскими островами в Северном море. После первого контакта в течение двух минут последовали второе и третье столкновения. В результате судно Amadeus Aquamarijn получило серьезные повреждения. Повреждения на борту Z60 Blue Angel были минимальными [39].
Во время расследования вахтенный помощник капитана Z60 Blue Angel сообщил, что не чувствовал себя уставшим перед столкновением, но признался, что находился в некоем «трансовом состоянии». Вполне возможно, что имело место быть неосознанная усталость. Транс, который он испытывал, мог соответствовать микросну и (или) инерции сна.
Для того чтобы ВПК не заснул при несении вахты, мостик судна Z60 Blue Angel был оборудован вахтенной сигнализацией (СКДВП - системой контроля дееспособности вахтенного помощника капитана), которая подает звуковой сигнал каждые 12 минут и должна сбрасываться вручную. Однако во время или после микросна наступает период, когда человек способен выполнять рутинные задачи, но не так быстро и не так точно. В такой ситуации можно дезактивировать вахтенную сигнализацию, в то время как ВПК на самом деле находится в состоянии микросна.
Еще одна возможная причина трансового состояния, которое испытал ВПК на Z60 Blue Angel - инерция сна, которая приводит к спутанности сознания и дезориентации, а также к снижению когнитивных способностей. Эти эффекты могут проявиться сразу после пробуждения и продолжаться в среднем от 15 до 60 минут. Вахтенный помощник капитана уснул в полночь и проснулся для несения вахты в 02:30. Через час произошло столкновение, а это значит, что между моментом пробуждения и столкновением, возможно,
имел место случай инерции сна.
Кроме всего прочего первый час вахты и момент столкновения пришлось на минимум циркадного ритма.
25 октября 2022 года ранним утром танкер Ali Ka длиной 129,5 м отчалил от топливного причала Oikos, (остров Кэнви, Великобритания). Во время маневрирования у причала под лоцманской проводкой контроль над судном был потерян, и оно столкнулось с другим топливным причалом. В результате аварии была повреждена кормовая часть правого борта Ali Ka, но никто не пострадал. В результате повреждения причал был выведен из эксплуатации на два месяца [54].
У лоцмана было чуть более 6 часов между назначением на проводку и прибытием к месту посадки. Это поставило лоцмана перед необходимостью найти компромисс между качественным отдыхом перед лоцманской проводкой и составлением четкого плана, включающего оцененную информацию.
Анализ информации, записанной в регистраторе данных рейса, операций и часов работы и отдыха Ali Ka не выявили никаких признаков усталости экипажа. Однако дополнительное исследование позволило сделать вывод о том, что с большой вероятностью лоцман испытывал умеренную усталость при составлении плана прохода, и что у него был повышенный уровень усталости в момент аварии - поведение и работа лоцмана были показательны для усталого человека, и это непосредственно способствовало аварии. Увеличенное время реакции, фокусировка внимания исключительно на высоте прилива, неспособность адекватно оценивать риск, проблемы с ясностью мышления и общения, короткие и резкие взаимодействия с капитаном и забывчивость - все это было продемонстрировано лоцманом во время маневра, предшествующего аварии. Таким образом, усталость, скорее всего, повлияла на планирование, способность воспринимать информацию, на принятие решений и время реакции лоцмана, что непосредственно способствовало аварии.
Судно Sabrina Fair направлялось в Банбери, Австралия. Третий помощник капитана (3ВПК) нес вахту с 20:00 17 мая 2023 г. до полуночи. Однако на
следующую вахту (08:00 18 мая 2023 г.) 3ВПК уже не вышел. Старший помощник капитана (СПК) отправился в каюту 3ВПК, но там его не обнаружил. Была объявлена тревога и сделано публичное объявление о начале поисков 3ВПК. Поиски на борту судна не дали результатов. Судно изменило курс для проведения поисково-спасательной операции, которая вскоре была прекращена без обнаружения пропавшего члена экипажа, а судно возобновило свой переход к месту назначения [53].
В процессе расследования СПК сообщил, что у 3ВПК были проблемы со сном. Отсутствие достаточного отдыха возможно способствовало тому, что 3ВПК поскользнулся и упал за борт. Также было установлено, что 3ВПК принимал добавки «Холекальциферол и минералы», которые могли вызвать головокружение, необычную усталость и слабость.
В итоге лица, проводившие расследование, пришли к выводу, что 18 мая 2023 г. 3ВПК, скорее всего, шел по открытой палубе, чтобы вернуться в свою каюту после окончания вахты в 00:05 или прибыть на мостик для утренней вахты в 08:00, потерял равновесие и упал за борт подверженного качке судна из-за возможного бессонного состояния и побочных эффектов добавок.
Похожая ситуация произошла несколько ранее (28 февраля 2023 г.) на борту судна Delfina на якорной стоянке в Порт-Рашиде (Дубай, ОАЭ). Третий механик, прибыв на судно в 12:06 27 февраля, в полночь, предварительно не поспав, заступил на свою первую вахту. В 01:30 28 февраля третий механик в одиночку отправился на обход, уведомив остальных членов вахты в МО, что далее отправится в каюту отдыхать. Последний раз третьего механика видели в 02:30 выходящим из машинного отделения, а 5 марта его тело было обнаружено в воде полицией. Здесь обязательно следует упомянуть, что в комнате погибшего было обнаружено неизвестное (немаркированное) лекарство [52].
1.4 Исследование суточного распределения навигационных аварий
1.4.1 Методика сбора информации при помощи системы GISIS
Па первом этапе сбора информации следует открыть интернет-браузер и в адресную строку ввести www.imo.org, т.е. адрес официального сайта Международной морской организации. В итоге в окне браузера появится главная страница указанного сайта. Следует спуститься по этой странице ниже, найти меню ссылок на информационные ресурсы ИМО (Resources) (рисунок 1.1). Верхняя из ссылок принадлежит как раз системе GISIS.
> Global Integrated Shipping Information System (GISIS)
> Annual IOEO Summary Report for 2019
> IMO Financial Statements
> g Financial Regulations and Financial Rules
> g IMO Code of Ethics
> IMO News Magazine
> Lessons Learned from Marine Casualties
ACCESS IMO DOCUMENTS >
Кликнув по ссылке, пользователь попадает на главную страницу GISIS (рисунок 1.2), где находит и кликает по следующей ссылке - Marine Casualties and Incidents. После этого в окне браузера появится окно авторизации. Здесь пользователь может зарегистрироваться и (или) ввести данные своего акка-унта (авторизоваться).
В следующем появившемся окне следует нажать на кнопку (выбрать) Advanced Search (рисунок 1.3), а в появившемся окне перейти по ссылке Incident Summary, находящейся в левом верхнем углу окна (рисунок 1.4).
В открывшемся диалоговом окне необходимо ввести условия поиска (enter a search condition), поисковая система дает возможность установить девять видов условий (рисунок 1.5) из раскрывающегося списка.
Первоначально следует выбрать период (даты), информация за который интересует пользователя (с другой стороны не имеет принципиального значения порядок установления условий) - Incident date.
Далее пользователю следует определиться (рисунок 1.6) с тем - нужна ли ему конкретная дата (is), или некоторые период до конкретной даты включительно (is on or before), или некоторые период после конкретной даты включительно (is on or after), или период между двумя датами (is between).
Рисунок 1.2 - Главная страница GISIS
Рисунок 1.3 - Выбор функции расширенного поиска
Рисунок 1.4 - Переход к диалоговому окну расширенного поиска
(ссылка Incident Summary)
y^"lnternaHonal Maritime Qrga~ х У Q Marine Casualties and Incide X ^
О S htfcs://gisis .i mo .org/Publ\c/MC\/Search.aspx?Mode^Advanced
Щ - 9 *
-J
ïïïZïï,.« GISIS: Marine Casualties and Incidents
û Public Area > Marine Casualties and Incidents > Advanced Search Basic.Search Advanced Search
¡••••Incident Summary ^■■Reporting Forms hAnnex 1 .nnex 2 .nnex 3 .nnex 4 .nnex 5 j-Annex 6 j-Annex 7 ; Annex 8 г Annex 9 1-Annex 10 •Investigation Reports ■Analyses
Advanced Search
Incident summary
Please enter a search condition.
:■: Reset 11 Search » |
Feedback | Log out Public User:
Incident date T | is * jyyyy-mm-dd §| * [Âdd]
Incident time of day No, of ships involved Location Type of casualty Initial event Coastal state Summary of events Reporting administration
©202.Q International Maritime Organization [ Disclaimer | Privacy Policy ]
i Notes on nomenclature
Рисунок 1.5 - Выбор вида условия поиска (Incident date)
Рисунок 1.6 - Выбор характера промежутка дат
В контексте настоящего исследования представляет интерес последний вариант, т.к. выборка производится в отношении посадок на мель, произошедших в течение 10 лет за период с 1.01.2010 г. до 1.01.2020 г. Именно эти даты необходимо ввести на следующем этапе (рисунок 1.7), делая это поэтапно -сначала год (рисунок 1.8), затем месяц (рисунок 1.9) и, наконец, число (рисунок 1.10).
Тем самым условие по датам будем введено, и следует нажать кнопку Add (рисунок 1.11) с новым условием, каковым будет инициирующее событие (в контексте настоящей работы вид аварии, т.е. посадка на мель). В появившейся строчке из выпадающего списка необходимо сначала нужно выбрать условие Initial Event (рисунок 1.12), а затем, в соседнем справа диалоговом окне - Stranding / grounding (рисунок 1.13).
Далее следует, нажав кнопку Add, добавить третью строку с условием поиска, каковым будет Incident time of day (время аварии) и указать это условие (рисунок 1.14).
Рисунок 1.7 - Диалоговые окна для ввода дат
Рисунок 1.8 - Ввод года
y^^ïnternational Maritime Orgai Х^ Q Marine Casualties and Incide xl
<r С à https gisis. i mo .org/Pi jbl ic/TMC I/Search .asp> "'Mode = Advanced
^1 =
Feedback | Log out
lllflEljl^гл'ГГ GISIS: Marine Casualties and Incidents
Public User:
Û Public Area > Marine Casualties and Incidents > Advanced Search Basic Search Advanced Search
Advanced Search Incident summary
Please enter a search condition.
Incident date
30
Incident Summary Reporting Forms Annex 1 Annex 2 Annex 3 Annex 4 Annex 5 Annex 6 Annex 7 Annex 8 Annex 9 Annex 10 ¡-Investigation Reports Analyses
« Reset 11 Search »"|
©2020 International Maritime Organization [ Disclaimer | Privacy Policy ]
' • ■ • 1 ■ ■ • Ü8 and 2§ * I Add]
July »
January
February
March
April
May
June
July
August
September
October
November
December
8 9 10 15 16 17 I 22 23 24 I 29 30 31 Close
t Notes on nomenclature
Рисунок 1.9 - Ввод месяца
' International Maritime Or да X^ Q Marine Casualties and Incids X ^^^^ i _ щ! X
С S https://gisis.imo.org/Public/MCI/Search.aspx?Mode=Advanced & =
Feedback | Log out Public User:
ô Public Area > Marine Casualties and Incidents > Advanced Search Basic Search Advanced Search
Advanced Search Incident summary
Please enter a search condition,
rlncident Summary a-Reporting Forms
j-Annex 1 | j-Annex 2 j h Annex 3 ¡ Annex 4 I |-Annex 5 | Annex 6 I hAnnex 7 j- Annex 8 ¡ Annex 9 'Annex 10 ¡■••Investigation Reports -Analyses
| «Reset 1| Search»]
©2020 International Maritime Organization [ Disclaimer | F
T Incident date ▼ I is between T yyyy-mm-dd Щ and . yyy- mm-dd Щ T [Щ
<Prev Today Next>
July » 2010 »
Su Mo Tu We Th Fr Sa 1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15| Select Thursday, Jul 1, 2010 i
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Clear Close
t Notes on nomenclature
Рисунок 1.10 - Ввод числа
Рисунок 1.11 - Кнопка Add для добавления новой строки условий
Рисунок 1.12 - Выбор условия - инициирующего события (Initial event)
Рисунок 1.13 - Выбор инициирующего события - посадки на мель
(Strandig / groundig)
^^^Tnternational Maritime Orgar X Q Marine Casualties and Incide
«- G à https://gisis.imo.org/Public/MCI/Search.aspx?Mode=Advanced
Й =
Û Public Area ^ Basic Search
GISIS: Marine Casualties and Incidents
Feedback | Log out Public User:
;•-Incident Summary Q- Reporting Forms Annex 1 Annex 2 Annex 3 Annex 4 Annex 5 Annex 6 Annex 7 Annex 8 Annex 9 Annex 10 Investigation Reports Analyses
Marine Casualties and Incidents > Advanced Search Advanced Search
Advanced Search
Incident summary
« Reset 11 Search"»"]
-■lmove ; [eoiti Incident date is between 2010-01-01, 2020-01-01
remove flom and Initial event is Stranding / grounding
-•1 -i: Incident date » || is » | |yyyy-mm-dd Щ T |Add|
Incident date No. of ships involved Location Type of casualty Initial event Coastal state Summary of events Reporting administration
©2020 International Maritime Organization [ Disclaimer | Privacy Policy ]
t Notes on nomenclature
Рисунок 1.14 - Выбор условия - времени события (Incident time of day)
Далее, аналогично тому, как это было сделано для дат, указываем в выпадающем списке, что необходимое время будет указано конечным интервалом (is between, рисунок 1.15), и вводим это время в соответствующие диалоговые окна (рисунок 1.16). Тем самым условия поиска введены полностью, и далее следует нажать кнопку Search (рисунок 1.16).
За считанные секунды система осуществит поиск и выдаст его результат в виде таблицы с перечнем аварий (рисунок 1.17).
Рисунок 1.15 - Выбор характера промежутка времени
Рисунок 1.16 - Ввод значений временного интервала
y^^Mernal:iorial Maritime Orga X^ Q Marine Casualties and Incide X ^^^^^^^^^^^^^^^^^
CS https: //gisis. i rno .org/Publ ic/MCI/Search ,aspx?Mode =Advanced
^EEir™ GISIS: Marine Casualties and Incidents Feedback | Log out Public User:
Û Public Area > Marine Casualties and Incidents > Advanced Search
Basic Search Advanced Search
r "^Incident Summary ^Reporting Forms Annex 1 Annex 2 Annex 3 Annex 4 Annex 5 Annex 6 Annex 7 Annex 8 Annex 9 Annex 1D Investigation Reports Analyses
Advanced Search Results
f 17 Incidents were found matching the specified criteria. □ Download as XML DownloadEfc showing 1-15 of 17
Page [TT] of 2 vft ^ »
Location t Incident date i Type of Investigation
casualty t Reports t
« Reset ] I Search » |
REAL (IMO 7130153)
ROEBUCK BAY (IMO 9193094)
Toyama 2017-10-23
district of
the port of
Fushiki-
Toyama,
Toyama
Prefecture,
Japan
Henry Reef, 2017-09-30
Рисунок 1.17 - Результаты поиска
Однако информация, отображенная в таблице, не представляет интерес для настоящего исследования в отличие от количества посадок на мель, произошедших в течение 10 лет в конкретный временный промежуток, равный одному часу.
Это количество отображено на странице результатов поиска перед таблицей (рисунок 1.17), именно это количество и фиксируется.
Далее следует изменить условия поиска в части, касающейся временного промежутка. Для этого следует в соответствующей строчке с условием (Incident time of day) нажать кнопку Edit (рисунок 1.18) и перейти к редактированию промежутка времени (в общем случае увеличив в соответствующих окнах количество часов на единицу). После того, как время будет введено, следует нажать кнопку Update (рисунок 1.19) и получить количество посадок на мель для следующего часа.
Так, меняя промежутки времени, можно получить суточное распределение количества посадок на мель.
Для формирования суточного распределения других видов навигационных аварий необходимо выбрать соответствующее инициирующее событие (рисунок 1.13).
В описанной методике есть одно «но», которое может броситься в глаза, однако является вполне объяснимым. Обратившись к рисунку 1.16, можно заметить, что промежуток времени введен как-то странно и равен он не 60, а 59 минут - первая (начальная) граница интервала соответствует времени 00:01, вторая (конечная) 00:59. Здравый смысл и понимание целей исследования предполагает ввод промежутка либо 00:00-00:59, либо (что менее рационально, но также допустимо) - 00:01-01:00. Дело в том, не все отчеты о морских авариях и инцидентах, предоставляемые органами расследования государств, содержат информацию о времени.
Рисунок 1.18 - Переход к изменению интервала времени
Рисунок 1.19 - Кнопка Update обновления промежутка времени
В этом случае система «записывает» в базу и принимает во внимание при поиске время 00:00. Таким образом, установив для первого часа суток промежуток времени 00:00-00:59 (или для последнего 23:01-00:00) пользователь получит не количество аварий и инцидентов, случившихся в этот час, а в сумме с ними количество аварий инцидентов, время для которых не указано. Конечно, исключая из поиска момент времени 00:00 (а он, очевидно, не попадет ни в какой интервал), пользователь может потерять некоторое число ава-
рий первого часа, но вероятность этого мала, как и мало число аварий и инцидентов, случившихся ровно в полночь (вывод об этом можно сделать, исходя из распределения, которое будет получено ниже). Наоборот, включив 00:00 в поиск для первого или последнего часа, пользователь получит неадекватное распределение, делающее исследование бессмысленным, а его результат абсолютно недостоверным и предсказуемым. Здесь необходимо заметить также следующее:
- вывод об описанной «системной ошибке» следует только из качественного анализа работы системы и не имеет своего подтверждения ни в одном официальном описании GISIS;
- время с «одной минутой» устанавливается только для первого часа суток, для остальных указывается ровный час (с нулями), т.е. 01:00, 02:00 и т.д.
Обратившись к приведенному в системе краткому описанию аварий, для которых указано время 00:00, можно некоторым образом сформировать понимание природы «проблемы нулей».
Так, утром 19 февраля 2019 года паром BREIZH NEVEZ 1, следуя из Груа в Лорьян (Франция), в условиях нулевой видимости сел на мель около Порт-Луи.
24 января 2018 года греческое бюро расследований заявило об обнаружении севшего на скалы небольшого рыболовного судна, причём экипаж на ней отсутствовал. В результате спасательно-поисковой операции в 22:30 на берегу в 200 метрах восточнее от места посадки на мель капитан судна был найден мертвым, само судно было вскоре разрушено волнами.
10 февраля 2018 года, примерно в 06:45, сотрудники Мальтийского бюро расследований уведомили власти, что около 06:15 танкер Hephaestus сел на мель в координатах 35°57,62'N, 14°25,51E около мыса Каура, Сент-Полс-Бэй, Мальта. В это время судно находилось в балласте. Предварительное расследование показало, что Hephaestus, который находился на якоре в течение нескольких дней примерно в 1,5 морских милях от береговой линии, в районе
бункеровки № 1, поднял свой якорь и при ветре 8 баллов (порывами до 10), в конце концов, сел на мель.
Для первого случая время указано приблизительно («утром»). Во втором случае очевидно, что время аварии без свидетельских показаний (которых, скорее всего, не было) время установить невозможно. Судовая документация, думается, на этом рыболовном судне не велась должным образом.
Третий случай вызывает удивление. В сообщении время посадки на мель указано точно (и, что самое главное, достоверно), но GISIS по непонятным причинам это время не воспринимает.
Как правило, время происшествия не указывается в тех случаях, когда обязанность по расследованию лежит на государстве с низкой культурой расследования морских аварий и инцидентов и неразвитым институтом расследования. Здесь ответственный орган предоставляет не подробное сообщение и не полноценный отчет о расследовании, а ограничивается малоинформативным уведомлением.
1.4.2 Формирование суточных распределений столкновений, посадок на мель, навалов и опрокидываний и их анализ
С использованием методики, которая была приведена в п. 1.4.1, была осуществлена выборка количества столкновений за каждый час суток в период с 01.01.2010 по 01.01.2020. Результаты выборки представлены в таблице 1.2. Введя в ячейках значения временного интервала 00:00-00:00 (рисунок 1.16) было получено количество столкновений, время для которых неизвестно (не указано в сообщениях либо отчетах о расследовании).
Похожие диссертационные работы по специальности «Другие cпециальности», 00.00.00 шифр ВАК
Моделирование и прогноз геотехнических рисков при обосновании технологических решений строительства объектов метрополитена2023 год, кандидат наук Потапова Елена Владимировна
Имитационное моделирование безопасного движения группы безэкипажных морских транспортных объектов для решения позиционных задач2024 год, кандидат наук Маевский Андрей Михайлович
Применение реактивно-пневматического движителя в составе энергетической установки арктического спасательного средства2020 год, кандидат наук Сергеев Максимильян Сергеевич
Разработка методик расчета и исследования эффективности упругих связей системы амортизации судового дизель-генератора2024 год, кандидат наук Киав Тхет Наинг
Разработка методик расчета и исследования эффективности упругих связей системы амортизации судового дизель-генератора2022 год, кандидат наук Киав Тхет Наинг
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Моисеев Павел Алексеевич, 2026 год
т 1П -
Ф 8 5 -
/ ч / V
/ \ / \
\ / \
\ ! \ /
2 5 П -0 \ / \
\
0 ) 4 \ 3 1 Вр< 2 1 эмя 6 2 02
Рисунок 1.32 - График суточного распределения опрокидываний
(в абсолютном выражении)
(в абсолютном выражении)
а о/.
га 8% -
1-X
<и
о 7% — а с Сй
^ 6% —
1 5% -
л ч
§ 4% - а
2 3% -- / 4
Б
2% - —у 1—
О \
* 1% -г- >
0% -10 4 1 8 3 1 Зр< 2 ЭМ! Я 1 6 2 0 2
Рисунок 1.34 - График суточного распределения опрокидываний
(в процентах)
Кроме того:
- столкновения судов наиболее вероятны в промежуток времени от 22.00 до 06.00 с небольшим локальным пиком, приходящимся на час перед полуднем;
- посадки на мель случаются чаще всего в вечернее и ночное время;
- локальные пики навалов возникают на протяжении всех суток через 2-4 часа, при этом наиболее вероятны навалы кроме периода с 00.00 до 02.00 в утреннее и дневное время (второй по величине максимум приходится на промежуток времени 08.00-09.00, третий - на 15.0016.00);
- опрокидывания кроме периода с 00.00 до 02.00 наиболее вероятны с 09.00 до 17.00 [8].
В рамках настоящего исследования будет небезынтересно описать результаты исследования распределения общего числа посадок на мель в зависимости от времени суток, представленные Юдовичем А.Б. в работе [34]. В параграфе с красноречивым названием «Опасные периоды» автор представил диаграмму, изображённую на рисунке 1.36, и сделал по ней следующие выводы:
- аварийность на вахтах разных помощников и в различное время суток имеет значительные различия. Здесь четко выделяются «пики», приходящиеся на середину ночной вахты второго помощника капитана и на конец вечерних вахт четвертого и третьего помощников. Основными причинами этого являются недостатки в организации судовой и штурманской служб;
- другая причина — не планируемый систематически и не контролируемый отдых судоводителей, что хорошо иллюстрирует ночной «пик» посадок, приходящийся на вахту второго помощника. Через некоторое время после заступления на вахту неотдохнувший помощник капитана теряет остроту восприятия обстановки, становится менее активен, качество наблюдения резко ухудшается;
- отсутствие системы дублирования и бесконтрольный отдых судоводителей, пренебрежение обычными предосторожностями - звенья одной цепи. Недаром подавляющее большинство аварий происходит именно с теми судами, где указанные недостатки проявляются систематически;
- наиболее опасный период — промежуток времени с 23 ч до конца ночной вахты второго помощника капитана;
- частота посадок при смене вахт более чем в 1,6 раза выше, чем в другое время.
Время происшествий
Рисунок 1.36 - Распределения общего числа посадок на мель в зависимости от времени суток по Юдовичу А.Б.
Все сказанное справедливо в основном в отношении тех судов, где судовая и штурманская службы не организованы должным образом, отсутствует система дублирования, а личное чувство ответственности судоводителей, их профессиональная бдительность - одна из главных гарантий безопасности
судна - находятся на низком уровне. Именно такие суда являются поставщиками материалов для аварийной статистики [34].
1.5 Современная методология прогнозирования, учёта и предупреждения усталости моряков. Обзор научных исследований и их
результатов
Исследования в области усталости моряков не статичны, а, наоборот, имеют достаточно интенсивный характер, а результаты этих исследований представленным большим количеством публикаций.
Так, в работе [6] описана математическая модель, построенная на методах теории вероятности и статистики и предназначенная для вероятностной оценки появления «усталостного» сбоя при несении специалистом ходовой вахты. Разработанный инструмент позиционируется авторами как математическая модель «накопленная усталость - эффект».
В статье [25] приведен не только анализ самого феномена «усталость», но и результаты опроса моряков по причинам усталости. Очевидно, что основными причинами названы сон, его низкое качество и недостаточное время на отдых. Эти причины выбрали 78, 75 и 76% моряков соответственно. Шум и вибрацию в качестве причины указали 64% респондентов. Больше половины опрашиваемых (57%) включили в число причин некачественное и однообразное питание, 42% - нарушение суточного ритма, 38% - стресс, а 36% - избыточные рабочие нагрузки.
В числе причин усталости были указаны и причины психологического характера. Так, 27% моряков считают, что усталость среди прочего провоцируется монотонностью и однообразием деятельности. У 22% респондентов катализатором усталости является тоска по близким, а для 19% опрошенных моряков детерминанта усталости - агрессивная морская среда.
Общепринятого определения усталости не существует. Обычно ее описывают через причину как некоторое состояние частичной или полной потери
работоспособности, возникающее в результате продолжительной физической или умственной работы, длительных периодов волнения, воздействия неблагоприятных условий окружающей среды или потери сна. Авторы [25] сформулировали свое определение усталости, представив её как «снижение эффективности выполнения профессиональной деятельности, ослабление работоспособности и производительности труда моряка, его физических и умственных способностей под воздействием чрезмерной нагрузки на судне, неполноценного отдыха, который следует за периодом умственной или физической активности»
Многие модели, созданные с целью управлению усталостью, увязывают в качестве аргументов сон, активность (бодрствование), усталость и эффективность выполнения задач. Так, ещё в конце прошлого века Стивен Хёрш (США) разработал простую гомеостатическую модель усталости, запрограммировал её и получил возможность постоянной индикации производительности. После ряда экспериментов по оценке взаимосвязи производительности и дозы-реакции сна, С. Хёрш уточнил численные оценки параметров модели, расширил её исходную структуру и получил конечную модель, сейчас известную аббревиатурой SAFTE (Sleep, Activity, Fatigue, Task Effectiveness) и предназначенной для предотвращения усталости [48].
На основе модели SAFTE был построен самый распространённый инструмент по регулированию усталости (Fatigue Avoidance Scheduling Tool -FAST), используемый сейчас в различных отраслях.
FAST - это компьютерная программа, которая позволяет количественно оценивать влияние различных графиков работы и отдыха на работоспособность человека. Она позволяет вводить данные о работе и сне в графическом, символическом (сетка) и текстовом форматах. Графический дисплей ввода -вывода показывает эффективность когнитивной производительности (ось Y) как функцию времени (ось X). Верхняя зеленая область на графике заканчивается во время нормального сна, эффективность 90%. Цель планировщика или составителя графиков — поддерживать эффективность производительности
на уровне или выше 90% путем манипулирования сроками и продолжительностью периодов работы и отдыха. График работы вводится в виде красных полос на временной шкале. Периоды сна обозначены синими полосами на временной шкале, расположенными под красными полосами (рисунок 1.37).
Рассчитанная эффективность производительности в FAST-SAFTE представляет собой составную производительность человека по ряду когнитивных задач, масштабированную от нуля до 100%. Колеблющаяся линия на графике представляет ожидаемую среднюю производительность по этим задачам, определяемую временем суток, циркадным ритмом, временем бодрствования и количеством сна, а также могут отображаться различные доверительные интервалы вокруг среднего значения.
Рисунок 1.37 - Основной экран FAST-SAFTE
Несмотря на широкое распространение FAST-SAFTE этот инструмент регулирования усталости имеет ряд недостатков. Во -первых, акцент в прогнозировании и мониторинге усталости ставится исключительно на соотношении периодов сна и бодрствования. Во-второй, некоторая закрытость инструмента
вследствие его коммерческого характера не дают возможность полноценно проанализировать его алгоритм. В-третьих, как производителем, так и поставщиком БЛЗТ-ЗЛЕТБ являются организации, зарегистрированные в недружественных для Российской Федерации государствах.
Другая модель - представленная в [35] - предназначена для прогнозирования продолжительности нерегулярного сна и бодрствования. В этой модели работоспособность (в терминах авторов - бодрость) как функция от времени выражается в условных единицах и включает в себя две составляющих - цир-кадную С и гомеостатическую Б (рисунок 1.38).
18 24
Время дня
Рисунок 1.38 - Модель нерегулярного сна и бодрствования
Циркадная составляющая определяется циркадными ритмами - так называемыми биологическими часами, т.е. закономерным колебанием функций организма человека в течение суток. Гомеостатическая составляющая характеризует затраты внутренних ресурсов (резервов) организма на компенсацию влияния на него внешних факторов. Циркадная кривая С имеет синусои-
дальную форму с пиком во второй половине дня. В свою очередь гомеостати-ческая кривая, имея локальный максимум в момент последнего пробуждения, убывает по экспоненте, а с момента начала сна становится уже возрастающей экспоненциальной функцией. Авторы установили, что на практике показателю 3 соответствует крайняя сонливость, показателю 14 - максимальная работоспособность, а показатель 7 является для сонливости пороговым.
Кривые, изображённые на рисунке 1.38, аналитически описываются следующим образом:
5 = (Se - L>-°'0353il + L = 11,6e-0'0353'1 + 2,4;
5 ' = U - (U - Sr )е"0,381'2 = 14,3 - (14,3 - Sr )е"0,381'2 ; C = M cos[^(t3 - p)/12] = 2,5cos[^(t3 - p)/12],
где Sö = 14 - значение S на момент пробуждения;
L = 2,4 - низшая асимптота;
Sr - значение S на момент засыпания;
U = 14,3 - высшая асимптота;
M = 2,5 - амплитудное значение циркадной функции;
p - акрофаза - момент времени, соответствующий максимуму циркадной функции;
'1 - время, прошедшее с момента последнего пробуждения;
'2 - время, прошедшее с момента начала сна;
t3 - время суток.
Astronaut Scheduling Assistant - одна из моделей, которую использует Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) для предупреждения усталости и регулирования соотношения периодов сна и бодрствования. В основе этой модели лежит ком-
плекс математических уравнений, численных методов и программных процедур, которые на основе сна и его потери (острой и хронической), дневного сна, циркадных ритмов и воздействия света, прогнозируют нейроповеденческую производительность и оценивают оптимальность суточного графика [58].
В работе [57] представлена трёхуровневая система индексов оценки усталости (рисунок 1.39), охватывающая большинство факторов риска из Руководства по регулированию усталости ИМО и построенная с помощью метода анализа иерархий (Analityc hierarchy process), нечёткой логики и экспертной оценки. Однако апробация этой системы была осуществлена только на одном моряке.
Усталость
II
Факторы экипажа
Факторы управления
Факторы судна
Факторы окружающей среды
III
£
ы
д
т о
и
н о
и
ы
т
о
ю
а р
ы
с
а
ЕТ
т ты п о
ы
в
а
Д
е и н а в о
£
е л п
о
в
о
д
о
3
со
а т о т с а
tr
а т н е
н а в о
ю
ео рд
н О
п
ук
ь н е в о
и и я а
со и т а
Уо т в а
а
н
д
у
с т с
а р
СО
о
И
а
д
е р
с ая
в
о
д
у
с
и рит
нут
m
в о
л
с
у
о е т е
s
о р
д и
а к и •вф а
ь т с о н т о л
с
е
еы
н
т
с
о
н
л лж е
н е
а
о н т о
I
Рисунок 1.39 - Структура системы индексов усталости моряков [46]
Многие морские администрации разработали и внедрили собственные руководства по предупреждению усталости моряков. При этом в некоторых из них присутствует инструмент для количественной оценки риска появления усталости. Так, например, Австралийское управление по безопасности на море, тривиально определив основным фактором усталости недостаток сна, предлагает для оценки риска усталости информацию, представленную в таблице 1.7 [7, 37].
В статье [33] описывается использование программного обеспечения «Martha» для анализа уровня сонливости члена экипажа в зависимости от его режима работы и отдыха. Программное обеспечение «Martha» основано на математической модели, сформированной в рамках исследования «Horizon Project», которая описывает суточную динамику сонливости членов экипажа в зависимости от индивидуальных режимов сна и несения вахты. Уровень сонливости оценивается по шкале Каролинска (KSS), которая содержит 9 значений. Считается, что при значении KSS > 5 член экипажа испытывает сниженное пробуждение, а при KSS > 8 присутствует риск засыпания во время выполнения работы.
Таблица 1.7 - Оценка риска усталости
Низкий Значительный Повышенный
Фактор риска уровень уровень уровень
риска риска риска
Количество рабочих часов в течение 7 дней <50 50-70 >70
Количество рабочих часов (за сутки) <9 10-12 >12
Часы отдыха(между периодами работы) >12 7-12 7<
Количество последовательных
ночных дежурств за 7 дней (с 21:00 до 09:00) 0-1 2-3 >4
Количество коротких перерывов около 15 минут (в рабочее время) >3 1-2 0
Величина длительного
непрерывного отдыха(за 7 дней) в >30 24-30 <24
часах
Очевидно, что утомляемость ВПК в первую очередь проявляется в ночное время. Если текущая навигационная ситуация заставляет судоводителя постоянно оценивать безопасность расхождения с другими судами и при необходимости маневрировать, то связанная с такой ситуацией эмоциональная нагрузка в некоторой степени поддерживает у ВПК необходимое состояние
бодрствования и обеспечивает саморегуляцию борьбы с усталостью. Однако монотонное течение вахты может поспособствовать тому, что судоводитель потеряет самоконтроль и заснёт от усталости. С целью обеспечения состояния ВПК, позволяющего ему бороться с усталостью и сном, были созданы и внедрены на суда системы контроля дееспособности вахтенного помощника капитана (СКДВП). Впрочем, такое название технического средства вряд ли следует признать удачным, т.к. к контролю дееспособности как таковой эта система имеет опосредованное отношение. Это больше система сигнализации (своеобразный будильник), чему доказательство - англоязычный вариант названия - Bridge navigational watch alarm system.
Вместе с тем, следует заметить, что применение технических средств является одним из основных направлений предупреждения усталости моряков. Так, авторы работ [11, 35] видят перспективным использование для целей диагностики функционального состояния моряка измерение и изучение его электронно-фотонного излучения методом газоразрядной визуализации. Таким образом, предлагается оценивать умственную усталость, а через неё редукцию функционального состояния.
1.6 Выводы по первой главе
1. Понятие «усталость» имеет множество определений, которые за редким исключением не противоречат и дополняют друг друга. В рамках настоящего исследования на основании анализа указанного множества сформулировано авторское определение, наиболее соответствующее целям математической формализации усталости.
2. По результатам содержательного анализа нормативно-правовых актов, иных документов, разработанных и изданных различными организациями (в том числе и ИМО) можно сделать вывод о стремлении этих организаций создать максимально насыщенное правовое поле и условия исследователям по разработке эффективных методов по регулированию усталости моряков (в том
числе и судоводителей). В этом контексте следует отметить Руководство ИМО 2019 г. по усталости (Guidelines on fatigue), заменившее Руководство по предупреждению и управлению усталостью 2001 г. (Guidance on fatigue mitigation and management). В этих руководствах обобщена информация в отношении усталости как таковой, её причинах (факторах), симптомах и влиянии на здоровье и безопасность деятельности, превентивных мерах и контрмерах. Руководство, как и иные документы ИМО не содержат каких-либо методов количественной оценки усталости, но могут быть приняты во внимание при теоретико-методологическом обосновании подобных методов.
3. Статистическая информация по морским авариям и инцидентам, причиной которых стала усталость моряков, имеет ограниченный характер, а в силу своей противоречивости достоверность этой информации вызывает сомнение. Вместе с тем ни один из источников не опровергает тезис о том, что усталость судоводителей является нерешённой проблемой и одной из причин морских аварий инцидентов. Этот же тезис подтверждает и результаты проведённого анализа реальных морских аварий.
4. Косвенным подтверждением критичного влияния усталости на аварийность судов являются результаты проведённого исследования суточного распределения навигационных аварий, согласно которым количество столкновений, посадок на мель и навалов детерминировано временем суток с пиками, как правило, приходящимися на периоды, которые считаются периодами максимальной усталости.
5. К настоящему времени методология управления усталости моряков содержит в себе сотни методов, методик и моделей, представленных в руководствах и научных публикациях. Редкие из них используются на практике, при этом постоянно совершенствуясь. Однако и в первую очередь, априорное их использование носит больше формальный характер, а основное приложение - апостериорное, т.е. в целях оценки влияния усталости на инициацию уже случившейся морской аварии или инцидента. Кроме того, наиболее распро-
страненные инструменты оценивания усталости носят коммерческий характер, их содержание (алгоритмы) является закрытым, перечень учитываемых факторов очень ограничен и, как правило, алгоритмы базируются в основном на соотношении времени сна и бодрствования.
Таким образом, проблема существующей методологии управления усталостью (риском усталости) моряков заключается в многообразии методов, отсутствии единого системного подхода к контролю и предупреждению усталости. Для построения системы контроля за усталостью необходимо систематизировать модели, классифицировать их по различным признакам и проанализировать каждую из моделей на предмет их ограничений и применимости в потенциальных системах контроля за усталостью.
Вместе с тем, сверхвысокая сложность задачи и недостаток знаний пока не привели к какому-либо эффективному решению, и усталость моряков остаётся, как и прежде, обычным и широко распространенным явлением. Здесь требуется инновационное комплексное решение, и поддержка его реализации всеми заинтересованными сторонами, и причём не только декларативная. Подобное решение, которое априори не является тривиальным, может быть построено на математической основе.
2 Теоретико-методологические основы математической формализации
усталости судоводителей
2.1 Общие принципы формализации
Само слово «формализация» произошло от латинского «forma» - вид, образ. Под этим термином применительно к научному исследованию понимают «отображение объектов некоторой предметной области с помощью символов какого-либо языка» [24, 28], «отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях» [24, 30], «представление какой-либо содержательной области (рассуждений, доказательств, процедур классификации, поиска информации научных теорий) в виде формальной системы, или исчисления» [27]. Формализация, как правило, противопоставляется содержательному или интуитивному мышлению. Очевидно, что понятие формализации включает в себя как сам процесс, так и его результат.
В математике и формальной логике, где формализация наиболее развита, под этим понятием обычно понимают отображение содержательного знания в знаковом формализме, или формализованном языке. Непременным условием для построения такого языка является использование аксиоматического метода, благодаря которому удаётся получить все утверждения теории из небольшого числа принимаемых без доказательства утверждений, или аксиом. Полная формализация теории достигается лишь тогда, когда отвлекаются от содержательного смысла самих исходных понятий и аксиом теории и полностью перечисляют правила логического вывода теорем из аксиом. Использование аксиоматического метода в процессе формализации обеспечивает такую систематизацию знания, при которой его отдельные элементы не просто координируют друг с другом, а находятся в отношении субординации. Поиски аксиом, из которых можно чисто логическим путём вывести следствия, или теоремы, составляют одну из важнейших задач формализации [29, 35].
Формализация доказательства даёт возможность освободиться от обращения к интуитивным представлениям, что имеет решающее значение для строгости вывода. Представление доказательства в виде последовательности формул, каждая из которых является либо аксиомой, либо получается из аксиом по правилам вывода, превращает сам процесс проверки доказательства в чисто механическую процедуру и может быть передан вычислительной машине [29, 30].
Формализация играет существенную роль в анализе, уточнении и экспликации научных понятий. Интуитивные понятия, хотя и кажутся более ясными с точки зрения обыденного сознания, однако в силу их неопределённости и неоднозначности они мало пригодны для науки. В научном познании нередко нельзя не только разрешить, но даже сформулировать и поставить проблемы до тех пор, пока не будут разъяснены и уточнены относящиеся к ним понятия. Так, понятие алгоритма издавна применялось в математике, но только после того, как оно получило точное и строгое определение, стало возможным доказательство существования алгоритмически неразрешимых проблем [17, 30].
Формализация неразрывно связана с построением искусственных, или формализованных, научных языков. Такие языки создаются для точного выражения мыслей с целью исключить возможность неоднозначного понимания. Формализация даёт возможность строить научные языки с точно установленной структурой и заданными правилами преобразования одних выражений в другие [30].
Диалектический материализм рассматривает формализацию как средство выявления и уточнения содержания научного знания. Подчёркивая обусловленность методов формализации содержанием научного знания, диалек-тико-материалистическая концепция признаёт значительную роль формы и формальных компонентов в раскрытии этого содержания [29, 30].
Формализация связана с трудностями и ограничениями принципиального характера. Она осуществляется в определённых границах и на каждом ее
этапе остается некоторый неформализованный «остаток». Полностью могут быть формализованы лишь элементарные понятия и теории с простой логической структурой. Если же понятие или теория сложны, они принципиально не могут быть полностью формализованы [22].
Формализация позволяет систематизировать, уточнить и методологически прояснить содержание изначально интуитивного понятия, выяснить характер взаимосвязи между собой его различных составляющих, выявить и сформулировать еще не решенные проблемы [17]. Вместе с тем выигрыш в точности и методологической правильности при формализации обычно сопровождается проигрышем в непосредственной интуитивной ясности и краткости изложения [22].
Современное значение формализации существенно определяется проектами «кибернетизации» знания - поиском перехода к машинным методам решения научных проблем, ранее составляющим прерогативу чисто человеческой интеллектуальной деятельности [22, 27, 29].
Исторически формализация возникла вместе с возникновением мышления и языка. Важный шаг в развитии формализации был связан с появлением письменности. В дальнейшем, по мере развития науки, особенно математики, к естественным языкам стали добавляться знаки специального характера - элементы математической, химической и другой символики. Крупным шагом в развитии способов формализации было создание в математике буквенных исчислений (аналитической геометрия, математический анализ и др.). С другой стороны, вместе с формальной логикой возник прием логической формализации, состоящий в выявлении и фиксации, тем или иным способом, логической формы выводов и доказательств. Развитие гносеологического приема формализации объясняет распространение в современной науке более узкого восприятия этого понятия как такого уточнения изучаемого содержания, которое, с одной стороны, делает возможным применение к нему математических (или подобных математическим, например, формально-логических) средств, а с другой стороны, само совершается с применением таких средств (в этом
смысле говорят, что в теории игр формализуются конфликтные ситуации, имеющие место в экономике, военном деле и т.п.; что математическая теория планирования эксперимента предполагает предварительную формализацию понятий, с помощью которых описываются экспериментальные процедуры, и т.п.) [27, 29].
Формализация в узком «математическом» смысле - носит относительный характер: одна и та же теория может быть одновременно и средством, и предметом формализации. Так, традиционная «формальная» логика является формализацией по отношению к совокупности отраженных в ней закономерностей человеческого мышления; по отношению же к своим (аксиоматическим) формализациям она выступает в качестве содержательной теории -предмета формализации [17, 27, 29].
Простейший вид формализации - прямая репрезентация (обозначение, именование, описание) объектов. Например, в естественном языке роль таких терминов выполняют отдельные слова и выражения, а в математике - цифры, знаки сложения, умножения и других математических операций. Такая «дескриптивная» формализация лежит в основе всех других типов формализации, среди которых, прежде всего, различают формализацию естественную и научную [28].
Естественная формализация представляет собой отображение объектов с помощью того или иного естественного языка. В свою очередь, научная формализация отображает с помощью соответствующего формального языка. В процессе научной формализации, с одной стороны, осуществляется более точное и компактное отображение конкретных свойств и отношений, характеризующих ту или иную область исследования, а с другой стороны, используются дополнительные символические средства, позволяющие путем чисто синтаксических (формальных) преобразований получать новое знание об исследуемой предметной области. Кроме терминов, к числу таких символических средств относятся переменные, формулы, метаформулы, правила преобразо-
вания формул и метаформул, а также различного рода вспомогательные символы (скобки, запятые и т.п.) [29].
В зависимости от специфики формального языка (его выразительных возможностей, компактности и других характеристик) результаты формализации могут существенно различаться по степени своей адекватности отображаемой предметной области. С этой точки зрения среди различных видов научной формализации особенно важное значение имеет дедуктивная (логическая) формализация [29].
Для формализации предмета исследования - усталости судоводителей -в работе используется естественная и научная формализации с более конкретными их наименованиями: лингвистическая и математическая формализации. При этом лингвистическая формализация была выполнена ранее, когда было сформулирована развёрнутая дефиниция понятия «усталость».
В основе грамотной и успешной в отношении конечного результата формализации лежит строгое следование базовым принципам, сформулированным при анализе проблемы и постановки задачи, для решения которой формализация осуществляется [10].
Задача математической формализации усталости и обоснования метода регулирования усталости, основанной на её результатах, усложняется тем, что она является задачей многокритериальной, основанной на необходимости учёта множества критериев. В свою очередь перечень критериев (факторов усталости), которые необходимо принимать во внимание при формализации, следует считать только условно определённым, а значимость критериев (факторов) основанием для ограничения множества факторов с целью нахождения компромисса между сложностью как процесса самого процесса формализации, так и метода регулирования усталости, и валидностью метода.
Отсюда следует первые два принципа формализации - принцип учёта многокритериальности и принцип рационального соотношения валидно-сти и сложности.
Еще один обязательный при математической формализации принцип -принцип универсальности, согласно которому результаты формализации могут быть применимы при любых начальных условиях.
Результат математической формализации (математическая модель усталости) должны быть таковыми, чтобы основанный на них метод управления усталостью мог быть реализован в судовых условиях. В этом заключается сущность принципа практической применимости.
Кроме того, использование метода управления усталостью на борту судна не должно приводить к какому-либо негативному психологическому воздействию на человека и мешать работе участников при том, что точность и своевременность оценки усталости должна быть гарантирована. Отсюда следует ещё один принцип формализации - принцип безвредности.
Таким образом, при математической формализации усталости судоводителей необходимо принимать во внимание следующие принципы:
- принцип учёта многокритериальности;
- принцип рационального соотношения валидности и сложности,
- принцип универсальности,
- принципа практической применимости,
- принцип безвредности.
Представленный перечень не является исчерпывающим, однако он содержит основные правила формализации, следование которым должно максимально способствовать получению эффективного инструментария для управления усталостью.
2.2 Обоснование классификации усталости и функций усталости
в общем виде
При изучении усталости специалистов в разных отраслях используются различные классификации усталости. В соответствии с наиболее распростра-
нённой из них усталость может быть физической, умственной и эмоциональной (при этом очевидна практически аксиоматическая взаимосвязь между этими видами усталости) [5]. По другой классификации усталость бывает либо острой, либо хронической. При этом острая усталость - это нормальное явление, которое исчезает после периода отдыха, а хроническая усталость возникает в результате длительного накопления острой усталости. Традиционный механизм компенсации (сон) практически не работает для хронической усталости, а эффективен только для острой усталости.
В целях настоящего исследования предлагается следующая классификация усталости:
- краткосрочная (вахтенная) усталость - усталость вахтенного помощника, накапливающаяся в течении одной вахты;
- среднесрочная (рейсовая) усталость - усталость судоводителя, накапливающаяся в течение рейса;
- долгосрочная (карьерная) усталость - усталость судоводителя, накапливающаяся в процессе карьеры.
Настоящая классификация предполагает следующее:
- краткосрочная усталость имеет свойство накапливаться как в течение вахты, так и в межвахтовый период, при этом перечень детерминирующих факторов, а, следовательно, и скорость накопления усталости (величина первой производной функции краткосрочной усталости) могут отличаться (некоторые факторы, проявляющиеся при несении ходовой вахты, при выполнении должностных обязанностей в межвахтовый период «выключаются»);
- процессы накопления краткосрочной усталости и восстановления, основанного, в первую очередь, на сне, являются чередующимися обратными процессами: с началом релаксации процесс накопления усталости прекращается, процесс восстановления запускается, производная функции усталости меняет свой знак (претерпевает локаль-
ный максимум) и становится убывающей; в момент окончания отдыха (сна) будет наблюдаться обратная картина - локальный минимум усталости, начиная с которого функция усталости становится возрастающей;
- в отличие от функции краткосрочной усталости, функции среднесрочной и долгосрочной усталости всегда являются возрастающими: значение усталости в любой последующий момент рейса или карьеры всегда больше, чем её значение в любой из предыдущих моментов, меняться может только скорость накопления усталости; иными словами, первая производная функции усталости имеет постоянный знак, а уменьшаться или увеличиваться может только её значение.
Таким образом, в случае краткосрочной усталости, релаксация приводит к восстановлению (уменьшению усталости, вплоть до сведения к нулю). В свою очередь, релаксация в процессе накопления среднесрочной и долгосрочной усталости уменьшает не саму усталость, а скорость её накопления.
Кроме того, принимаем за аксиому, что все виды усталости взаимосвязаны. Так, например, в конце рейса, когда среднесрочная усталость максимальна, краткосрочная усталость также накапливается быстрее.
Каждый вид усталости определяется совокупностью факторов. В свою очередь, в отношении каждого фактора должна существовать возможность оценить его количественно.
В итоге каждый из видов усталости можно формализовать в виде общих функциональных зависимостей (функций), как это представлено в таблице 2.1.
В зависимостях, представленных в таблице 2.1:
х( - аргументы (факторы) краткосрочной усталости,
у - аргументы (факторы) среднесрочной усталости, - аргументы (факторы) долгосрочной усталости,
1Х - время, прошедшее сначала вахты,
Таблица 2.1 - Функции усталости
Краткосрочная усталость X ~ fx (ху, %, Х1, Х2 Хп , )
Среднесрочная усталость Y = Лу (Ух' Уг' Уи У2,-, Ут . ty )
Долгосрочная усталость Z = /г {2х . 2У . ^ Ч' ** )
ty - время, прошедшее сначала рейса, - время, прошедшее сначала карьеры.
Исходя из принятой выше аксиомы, что все виды усталости взаимосвязаны друг с другом (или, иными словами, определяют друг друга) в число аргументов представленных в таблице 2.1 функций включены аргументы xy, х2,
, ух , у2 , , гу, смысл которых пояснён в таблице 2.2.
Так, например, ху - это аргумент, определяющий влияние на усталость
в течении одной ходовой навигационной вахты усталости, накопленной на протяжении рейса.
Функции X, У, 2 схематичны изображены на рисунке 2.1, где:
- не показаны межвахтовые и межрейсовые периоды;
- вид функций выбран произвольно, исключительно для наглядной визуализации предлагаемой концепции;
- значения Хкр, Укр и 2кр - подлежащие дальнейшему обоснованию критические значения функции усталости;
- функции вахтовой и рейсовой усталости условно показаны на моменты времени, относящиеся к началу, середине и концу рейса (карьеры).
Представленная в общем виде и обоснованная на концептуальном уровне математическая формализация усталости определила перечень следующих задач, решение которых приведено ниже:
Таблица 2.2 - Пояснение взаимозависимых аргументов
X У 2
X Краткосрочная (вахтовая) усталость ху : аргумент, определяющий влияние на усталость в течение одной навигационной вахты усталости, накопленной на протяжении рейса х2 : аргумент, определяющий влияние на усталость в течение одной навигационной вахты усталости, накопленной на протяжении карьеры (влияние эмоционального выгорания)
У ух : аргумент, определяющий кумулятивное (накапливающееся с начала рейса) влияние особенностей несения ходовой навигационной вахты на рейсовую усталость (на накопление усталости с течением времени) Среднесрочная (рейсовая) усталость у2 : аргумент, определяющий влияние имеющейся степени эмоционального выгорания на рейсовую усталость (на накопление усталости с течением рейса)
2 гх : аргумент, определяющий кумулятивное (накапливающееся с начала карьеры) влияние особенностей несения ходовой навигационной вахты на степень эмоционального выгорания ху : аргумент, определяющий кумулятивное (накапливающееся с начала карьеры) влияние особенностей каждого рейса на степень эмоционального выгорания Долгосрочная (карьерная) усталость
- формирование полных (достаточных) перечней аргументов для каждого вида усталости;
- обоснование методик количественной оценки каждого фактора (при отсутствии таковых);
- обоснование шкал оценивания усталости и конкретизация функциональных зависимостей;
- обоснование критических значений усталости каждого вида, а также мероприятий и рекомендаций в двух направлениях: по уменьшению градиента усталости для предупреждения критических значений и
для случая, когда усталость того или иного вида уже достигла или превысила своего критического значения.
Рисунок 2.1 - Схематическое изображение функций усталости
При решении этих задач будет принято во внимание следующее: - функции краткосрочной (вахтовой) и среднесрочной (рейсовой) усталости обладают свойством нестационарности в том смысле, что они зависят как от величины временного отрезка (длительности вахты, длительности рейса), так и от того, где именно на временной оси происходит их оценка;
- временной градиент среднесрочной (рейсовой) усталости в межвахтовый период будет меньше, чем в течение вахты также, как и градиент долгосрочной (карьерной) усталости в межрейсовый период [9].
2.3 Обоснование возможности использования при математической формализации экспоненциальной функции
Каждый из видов усталости имеет кумулятивный характер, т.е. усталости свойственно накапливаться со временем, или, говоря математическим языком, усталость является функцией времени (но не только). Представленный тезис порождает очевидный вопрос о виде этой функции и гипотезу о возможности использования в целях математической формализации основанных на экспоненте функций. Для проверки этой гипотезы проанализируем математический и прикладной смысл экспоненциальной функции, а также различные варианты использования этой функции в разных отраслях науки.
В самых разных и не связанных между собой сферах жизни и науки можно встретить экспоненциальные зависимости либо же распределения на его основе. Многие природные явления адекватно описываются количественными моделями, основанными на экспоненциальных функциях и их суммах. Число е и натуральный логарифм являются неразрывно связанными величинами, которые представляют один из фундаментальных механизмов, управляющих развитием природных явлений. Примеры таких количественных моделей многочисленны и разнообразны и встречаются во многих отраслях.
Наибольшее своего применения экспонента нашла в физике. Так, при радиоактивном распаде число радиоактивных ядер со временем убывает по экспоненте:
N ^ )= Ы0е~л',
где Л - постоянная распада,
N0 - начальное количество ядер.
Разряд конденсатора ЯС-цепи также происходит по экспоненциальному закону:
г
О(г )=о/ ^,
где Я - сопротивление, С - ёмкость,
Q - электрический заряд.
Экспонента является основой функциональной взаимосвязи площади сечения троса и сопротивления разрыва. По экспоненте остывает нагретое тело, убывают ток в катушке и скорость массивного тела, двигающегося по инерции.
В медицине экспоненциальная функция используются для описания процесса естественного вывода радиоактивных изотопов из почек, распада адреналина после выброса его в кровь, восстановления концентрации гемоглобина в крови после акта донорства [26], оценки количество летальных исходов от рака в зависимости от возраста.
В банковском деле число е помогает рассчитывать прирост денег при непрерывном начислении процентов. По экспоненте развивается автокатализ (в т.ч. горение).
В теории вероятностей экспонента используется, например, при доказательстве неравенства Маркова и Чебышева, так как представляет собой гладкую выпуклую функцию. Также существуют теоремы, которые обеспечивают оптимальные экспоненциальные границы хвоста для сумм всех случайных величин, что важно в рамках теории больших отклонений.
В живой природе экспонента описывает прирост популяции при отсутствии ограничения по ресурсам.
Число е является базовым соотношением роста для всех непрерывно растущих процессов. Число е позволяет взять простой темп прироста и вычислить составляющие этого показателя. Так же, как любое число можно рассматривать в виде «масштабированной» версии единицы (базовой единицы), любую окружность - в виде «масштабированной» версии единичной окружности (с радиусом 1), также и любой коэффициент роста может быть рассмотрен в виде «масштабированной» версии числа е («единичного» коэффициента роста).
Таким образом, число е - это не случайное, взятое наугад число. Присутствие натуральных логарифмов и экспоненциальных функций во многих моделях — не случайность, а естественное явление. Число е воплощает в себе идею, что все непрерывно растущие системы являются масштабированными версиями одного и того же показателя [36].
Число е - это максимально возможный результат при распределении 100% роста в течение одного конкретного промежутка времени. В такой ситуации резонно было ожидать рост в 2 раза. Однако такое ожидание в итоге оправдалось бы только, если результат прироста оказался «мёртвым», не участвующим в процессе роста. Как правило же, он является таким же источником прироста, как и исходные количество, масса, объём или пр., и тогда за указанный промежуток времени рост будет не двукратным, а определяемым коэффициентом е. При этом любой коэффициент роста можно определить с помощью этой универсальной константы [36].
Важно, что число е применимо не только для двукратного роста. В случае, если за исследуемый период наблюдался п-кратный рост, то на конец период коэффициент прироста будет равен вп~1.
Концептуально то, что число е объединяет прирост и время - показателем степени числа е в показательной функции является именно произведение коэффициента роста и времени.
Ещё одним преимуществом экспоненты является то, что производная этой функции равна самой функции, а интеграл от натурального логарифма,
как функции, обратной по отношению к е, равен 1/ х . Функция 1/ х может рассматриваться как «переход» между пространственными измерениями. Например, соотношение между линейными структурами и двумерными объектами, такими как поверхности, или между поверхностями и объёмами, описывается обратной функцией 1/ х . Когда мы рассматриваем объект, обладающий поверхностью и объёмом, его взаимодействие с окружающей средой осуществляется через этот «переход», что приводит к появлению натурального логарифма или экспоненциальной функции с основанием е [59].
Несколько парадоксально, что, как правило, экспоненциальная функция как математический инструмент для описания того или иного процесса возникает не как решение дифференциального уравнения, а как самостоятельная функция. Так, например, для описания в астрофизике распространение ударной волны в плазме необходима локализованная в пространстве, интегрируемая функция, имеющая большой пик на коротком временном промежутке. И именно экспоненту принимают в качестве такой функции, т.к. она быстро затухает, имеет характерную длину затухания, хорошо интегрируется и т.д. [19]
Следует заметить, что содержащее экспоненту нормальное распределение, экспоненциальное распределение являются энтропийными. На них энтропия достигает максимума при тех или иных ограничениях. Принцип максимума энтропии - это еще одна причина распространенности экспоненты.
Экспоненциальная функция характеризует обратную связь. Для затухающих экспонент - обратная связь отрицательная. Для возрастающих - обратная связь положительная. В силу своих интегральных свойств, экспонента -это признак интегратора или накопителя.
Таким образом, число е участвует как в системах с экспоненциальным, так и постоянным ростом: население, радиоактивный распад, подсчет процентов, и много-много других. Даже ступенчатые системы, которые не растут равномерно, можно аппроксимировать с помощью числа е.
В связи с изложенным процесс накопления усталости судоводителя (вне зависимости от её вида) с течением времени вполне оправданно также, как и
многие другие процессы, описывать при помощи экспоненты, что и предложено сделать на начальных этапах математической формализации усталости. Так, функции среднесрочной и долгосрочной усталости при максимуме шкалы измерения, равном 10, будет иметь вид:
где 1у, - время, прошедшее с момента начала рейса и с момента начала карьеры соответственно,
ау ,аг - коэффициенты, определяемые детерминантами соответствующего
вида усталости.
Непосредственно число е со своим показателем здесь описывает убывание (затухание) свежести судоводителя (свежесть - ненормированный термин, являющийся антонимом понятию «усталость» с точки зрения лингвистики, и его дополнением до максимума шкалы измерения усталости с точки зрения математики).
С краткосрочной усталостью несколько сложнее, но в её описании также участвует экспонента. В рамках процедуры математической формализации будет принято, что функция X имеет две составляющих - циркадную и гомеоста-тическую, и если первая описывается гармоникой, то вторая как раз экспонен-той: возрастающей при бодрствовании и убывающей при сне.
В итоге следует заключить, что практика использования экспоненциальной функции для описания разнообразных по своей природе процессов в совокупности со свойствами экспоненты определяют её как оптимальную аналитическую основу для формализации каждого из трёх видов усталости судоводителя.
(2.1)
(2.2)
2.4 Обоснование факторов (аргументов функции) усталости
Признавая необходимость принимать к учёту соотношение «работа - отдых» и циркадные ритмы, в число факторов краткосрочной усталости, определяющей её кумулятивный эффект одновременно с продолжительностью и качеством отдыха и сна, в целях настоящего исследования включены:
- плотность трафика (трафик, плотность движения);
- волнение;
- эргономика мостика.
В контексте жестких условий современного судовождения, для которого характерны насыщенная, постоянная меняющаяся и подлежащая постоянному контролю навигационная ситуация, судоводитель все часы своей навигационной ходовой вахты, как правило, испытывает рабочий стресс, особенно, когда плавание происходит в стесненных условиях. В этих условиях любая ошибка судоводителя значительно повышает вероятность навигационного происшествия. Здесь очевидно, что стрессогенность условий плавания во многом определяется плотностью судов и интенсивностью их движения. Чем более насыщенным является трафик судов в районе плавания, тем больше вахтенный помощник капитана должен сосредотачиваться на несении вахты, при этом также растёт и количество его решений, принимаемых ВПК. Повышенная внутренняя ответственность, интеллектуальное и эмоциональное напряжение являются следствием повышенного трафика и одновременно причиной более интенсивного накопления усталости.
Из всех существующих гидрометеорологических факторов и, в частности, тех, которые упоминаются в различных источниках в качестве детерминант усталости моряков, в настоящем исследовании оставлено только волнение моря. Негативное воздействие на моряков качки судна, возникающей как раз на волнении, вопрос достаточно изученный, а необходимость включения волнения в число детерминант усталости является очевидной.
Физиологическое проявление у моряков воздействия качки и волнения можно классифицировать на следующие четыре формы [14]:
- нервная, характеризующаяся цефалгией, тяжестью в голове, головокружением, сонливостью, ухудшением зрения и слуха;
- желудочно-кишечная, сопровождающаяся тошнотой, рвотой, изменением вкусовых ощущений, чувством неприятного привкуса, понижением аппетита, непереносимостью резких запахов;
- сердечно-сосудистая: тахикардия, повышения артериального давления, аритмия, брадикардия, артериальная гипотония;
- смешанная.
Влияние волнения и качки на психику моряка может проявляться в одной из двух форм [14]:
- астеническая: моряк подавлен, несколько заторможен;
- ажитированная: наблюдается излишняя говорливость, суетливость, подвижность, повышенная эмоциональность, театральность речи, вычурность движений,
или чередованием этих форм.
При качке одни моряки испытывают апатию, слабость, лежат на койке, другие торопливо ходят по палубе, возбуждены, крайне разговорчивы. Типичны головокружения, цефалгия, тошнота, дающая временное облегчение рвота. Может выявляться диплопия, озноб, повышенная саливация. Пациенты жалуются на отсутствие аппетита, неприятие многих запахов, изменение вкусовых ощущений. Нередки расстройства моторной функции ЖКТ: диарея, запор. Состояния укачивания крайне тяжело переносятся, сопровождаются выраженными изменениями психоэмоциональной сферы [14].
Иногда влияние волнения и качки на моряка имеет латентный характер. Наблюдается астенизация, снижение работоспособности без явных проявлений, что обуславливает невозможность своевременного обнаружения скрытой формы. Подобная ситуация опасна, если носитель скрытой формы член команды получает задание, требующее ответственного выполнения [14].
Таким образом, качка судна приводит к тому, что организм человека задействует и расходует дополнительные ресурсы для противодействия (компенсации) её негативных воздействий и по этой причине быстрее устаёт (утомляется).
Иные гидрометеорологические факторы не оказывают значимого (по сравнению с волнением) влияния на усталость моряков.
Эргономические требования к конструкции рабочих мест и размещению на них оборудования можно подразделить на ряд групп [3].
Антропометрические требования определяют соответствие рабочего места размерам тела человека. Их соблюдение должно обеспечивать простую и удобную рабочую позу ВПК, позволять выполнять необходимые движения при манипуляциях с органами управления [3].
Гигиенические требования направлены на обеспечение комфортных условий жизнедеятельности на рабочем месте. Они определяют допустимые значения температуры и влажности воздуха, напряжённости электромагнитного поля, уровня вибрации. Гигиенические требования обуславливают выбор средств защиты от влияния снижающих работоспособность факторов внешней среды (в том числе и волнения) [3].
Физиологические и психофизиологические требования обеспечивают соответствие рабочего места возможностям мышечного аппарата человека (по прилагаемым усилиям, скорости перемещения и т.п.) и его анализаторов (зрение, слух). Эти требования в наибольшей степени определяют общую компоновку мостика, взаимное расположение оборудования, с тем, чтобы обеспечивалось удобство обзора, слуховые или зрительные связи между ВПК и оборудованием. Они могут определять в судовых условиях выбор уровня освещенности и допустимого уровня шумов на рабочем месте [3].
Одним из элементов эргономики являются эстетические требования к оборудованию. Гармоничная цветовая среда благоприятно воздействует на организм человека, снижает влияние на него вредных внешних факторов. Разнообразие в цвете особенно необходимо в судовых условиях, где окружающая
среда бедна цветовыми впечатлениями, обычными на берегу. В то же время функциональный подход к цвету предполагает, что окраска судовых помещений должна создавать наиболее благоприятные условия для ВПК, исходя из целей его трудовой деятельности [3].
Психологические требования направлены на обеспечение соответствия рабочего места возможностям восприятия и переработки информации оператором. Они являются ведущими при решении вопроса об установке того или иного средства отображения информации на рабочем месте. Слишком большое количество индикаторов в рабочей зоне ВПК может привести к его информационной перегрузке, а слишком малое - создать предпосылки к принятию ошибочных решений из-за недостатка информации о процессе или объекте наблюдения. Выполнение психологических требований должно обеспечивать быстрое и безошибочное отыскание нужных индикаторов и органов управления, правильную интерпретацию показаний средств отображения информации [3].
Рабочим местом судоводителя на морских судах является ходовой мостик, объединяющий рулевую и штурманскую рубку, и крылья мостика. Конструкция мостика должна обеспечивать возможность управления судном одним человеком из единого командного поста, что особенно важно при работе в напряженных ситуациях, требующих экстренной оценки обстановки и немедленного принятия решения. Необходимо, чтобы судоводитель имел возможность наблюдать за горизонтом в максимальном секторе (лучше всего иметь круговой обзор) с одного места, не совершая значительных перемещений по мостику, и одновременно следить за показаниями важнейших индикаторов. Должно обеспечиваться непосредственное визуальное наблюдение за наиболее ответственными и характерными для данного судна производственными операциями и объектами [3].
Конструкция мостика должна исключать положения, при которых была бы возможна утрата судоводителем контроля за обстановкой на сколько-нибудь значительный промежуток времени [3].
Конструктивно оформленный элемент рабочего места, на котором размещены средства отображения информации и органы управления, называется пультом управления. Сведение аппаратуры в пульты обеспечивает уменьшение объема конструкции, унификацию блоков и узлов, облегчает переход к автоматизированному управлению системами и агрегатами [3].
Компоновка панелей пульта управления с целью оптимальной организации информационной модели - одна из наиболее важных прикладных задач эргономики. В основе ее решения лежат пять важнейших принципов [3].
Принцип значимости предписывает отводить главное место на пульте наиболее важным индикаторам или органам управления, например, таким, от которых зависит безопасность управляемого объекта.
Принцип оптимальной локализации требует размещать органы управления, исходя из точности или скорости ответной реакции.
В соответствии с принципом частоты использования в центральной части пульта должны быть сосредоточены приборы, к которым оператору приходится обращаться наиболее часто.
Функциональный принцип заключается в том, что приборы группируются в соответствии с характером их участия в несении вахты.
Принцип последовательности использования требует пространственного сближения приборов, используемых последовательно, с тем, чтобы уменьшить время зрительного поиска нужного индикатора или органа управления, а при больших размерах пультов - сократить переходы от одного места к другому.
Эргономика рабочего места, не удовлетворяющая эргономическим требованиям и принципам, приводит к необходимости постоянно совершать дополнительные движения, занимать неудобные позы, инициировать дополнительные мыслительные процессы и, как следствие, к более быстрому накоплению усталости в процессе вахты.
При анализе подлежащих к учёту и оценке факторов краткосрочной усталости необходимо в первую очередь принять во внимание циркадные
ритмы.
Время суток, в течение которого выполняется работа, является ключевым фактором риска, определяющим утомляемость. Организм человека в течение суточного цикла проходит через различные процессы и такие, как сон и бодрствование, циклические изменения температуры тела, уровня гормонов, чувствительности к лекарствам и т.д. Этот цикл и представляет собой циркад-ный ритм. Биологические часы человека синхронизированы с традиционным шаблоном дневного бодрствования и ночного сна. Именно они регулируют циркадные ритмы. Независимо от предшествующего сна и бодрствования, люди биологически запрограммированы быть активными в течение дня и спать ночью. Биологические часы делают человека сонным или бодрым по определенному графику, независимо от того, работает он или нет.
Независимо от других факторов, самое сильное желание спать и пик усталости приходится на ранние часы утра. Такой период времени обычно называется циркадным минимумом или окном циркадного минимума.
Количество предшествующего оценке сна и циркадные ритмы могут оказывать совместное двоякое влияние на усталость. При противофазном влиянии даже хорошо отдохнувший человек будет ощущать некоторую усталость в циркадный минимум и, наоборот, на пике циркадного ритма человек, длительное время лишённый сна, будет ощущать прилив сил.
При синфазном влиянии этих факторов уставший от недосыпа человек на циркадном минимуме будет чувствовать усталость кратно, а на циркадном максимуме у отдохнувшего члена экипажа будет наблюдаться максимальная работоспособность.
Однако накопление усталости обусловлено не только и не столько цир-кадными ритмами, а уменьшением с течением времени внутренних ресурсов (резервов) организма, затрачиваемых на компенсацию влияния на него внешних факторов. Очевидно, что полноценный сон здесь является основным средством восстановления этих ресурсов.
Длительность периодов без сна (периодов непрерывного бодрствования)
значимо влияет на сонливость и, как следствие, на усталость. Некоторое время после пробуждения желание спать может отсутствовать (или оставаться незамеченным), но с течением времени оно становится всё более явным особенно, если длительность и качество предыдущего сна было недостаточно для восстановления.
В число детерминант среднесрочной усталости в число факторов включены:
- частота судозаходов;
- средняя продолжительность одного рейса;
- качество питания;
- оценка быта и микроклимата;
- обеспеченность интернетом.
Частота судозаходов и средняя продолжительность одного рейса
являются взаимосвязанными, дополняющими, но не заменяющими друг друга факторами. Каждый заход в порт означает изменение характера и увеличение объёма рабочей нагрузки: в ходовой вахте необходимости нет, но у судоводителя появляются обязанности по стояночной и грузовой вахтам. Процессы оформления заходных и отходных документов, приёма и сдачи груза (загрузки-выгрузки), бункеровки и т.д. меняют содержание ответственности, но не уменьшают её объём, а своей совокупности и являются источником рабочего стресса, наличие которого и определяет скорость накопление усталости. Продолжительность рейса в таком контексте следует принимать как продолжительность отдыха от портовых обязанностей. Здесь временное соотношение «переход - порт» аналогично соотношению «сон - бодрствование», рассматриваемому в контексте краткосрочной усталости.
Эмпирическое исследование, заключающееся в интервьюировании действующих судоводителей, среди прочего позволило выявить факты крайне тяжёлых по возможным последствиям соотношений времени перехода и частоты заходов. Так, одно из транспортных судов работает в Северном море на
коротком плече с продолжительностью перехода 6-8 часов и с продолжительность разгрузки 4-8 часов. Для офицерского состава, имеющего четырёхмесячные контракты, и рядового состава с контрактами 8-10 месяцев проблема усталости является не периодической, а практически перманентной.
Плохое питание, не включающее свежие фрукты и овощи, может способствовать усталости, отрицательно влияя на здоровье моряка. Кроме того, нерегулярное время приема пищи может отрицательно влиять на пищеварение, которое также следует циркадному ритму. Пищеварение запрограммировано на максимальную эффективность днем и гораздо менее эффективно ночью. Пища, съеденная ночью, переваривается медленнее. Это часто может приводить к ощущению вздутия живота или запора и может вызывать изжогу и несварение желудка. Желудочно-кишечные расстройства очень распространены у людей, которые едят вне традиционного времени приема пищи. Эти расстройства могут усугубляться употреблением чая, кофе или алкоголя. У работающих в ночную смену в пять раз выше вероятность получить язву желудка, чем у работающих в дневную смену [44].
Обезвоживание также является фактором, способствующим усталости. Когда организму не хватает воды, он пытается сохранить то, что у него осталось. Он делает это, снижая активность и заставляя организм расслабляться и замедляться. Когда человек расслаблен, у него больше шансов заснуть. Обезвоживание также может вызывать у людей головокружение и головные боли. Помимо поддержания когнитивных функций и бдительности, употребление достаточного количества воды помогает поддерживать правильную работу пищеварительной и кровеносной систем. Вода доставляет полезные питательные вещества в клетки и выводит токсины.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.