Registration Number
0825U002111, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
04-07-2025
popup.evolution
.
Title
Development of operational safety assessment methods in dynamic positioning operations of ships
Author
Yevgen A. Bogachenko, Доктор філософії
popup.head Igor I. Vorokhobin
popup.opponent Alexander F. Krivoy
popup.opponent IHOR M. PETROV
popup.review Yana B. Volyanskaya
popup.review Oleksandra A. Kravchenko
popup.rada
National University "Odessa Maritime Academy"
Description
У результаті дисертаційного дослідження вирішено актуальне наукове завдання - розробка методу оперативної динамічної імовірнісної оцінки ризиків (DPRA) у системах динамічного позиціонування суден.
Сучасні морські операції характеризуються високим рівнем автоматизації, складністю взаємодії технічних та програмних компонентів, а також значною залежністю від рішень оператора системи (DPO). Втрата позиції внаслідок технічної відмови, зовнішніх збурень або людської помилки може призвести до критичних наслідків. У зв’язку з цим зростає потреба в інтелектуальних системах оцінки ризиків у режимі реального часу.
Існуючі підходи до ризик-менеджменту (зокрема PRA, FTA) ґрунтуються на статичних моделях, які не враховують змінність навігаційного контексту, еволюцію стану системи та реакції DPO. Це створює передумови для розробки нової методології - DPRA (Динамічна імовірнісна оцінка ризиків), що дозволяє формувати адаптивні оцінки ризику на основі сенсорних даних, журналів операторських дій, тренажерних сценаріїв і дерев подій.
Метою дисертаційного дослідження є підвищення рівня безпеки судноплавства шляхом розробки методу оперативної оцінки ризиків у системах динамічого позіціонування із врахуванням комплексного впливу технічних, організаційних та людських чинників у реальному часі.
Об’єкт дослідження - процес оцінки ризиків у системах динамічного позиціонування суден.
Предмет дослідження - методи та моделі імовірнісної оцінки ризиків у процесі взаємодії технічних систем і людини в умовах кризових ситуацій динамічного позиціонування суден.
У ході проведеного дослідження було ідентифіковано комплекс ключових факторів, що визначають динаміку розвитку аварійних ситуацій у системах динамічного позиціонування (DP). До таких факторів віднесено: зовнішні збурення (вітрові, хвильові, течійні впливи), втрати або спотворення сигналів позиціонування (насамперед PRS), порушення в електроживленні, а також людський фактор, зокрема затримки або помилки в реакції оператора (DPO). На основі цього аналізу сформовано узагальнену архітектуру сучасної DP-системи, що включає типові джерела вхідної інформації такі як сенсорні блоки, інтерфейс людина-машина (HMI), системи управління тягами, та передбачає наявність динамічної бази знань для накопичення й адаптації сценарного досвіду.
Розроблена структурно-функціональна схема потоків даних дозволила описати взаємодію між компонентами системи у процесі оцінки ризику, а також побудувати формальний опис критичних ситуацій у вигляді математичних моделей: дерева подій (Event Tree), дерева відмов (Fault Tree) та мультигілкових сценаріїв із часовими мітками ключових фаз реагування. У рамках сценарного моделювання впроваджено DPRA-модель (Dynamic Probabilistic Risk Assessment), яка поєднує логіку сценарного аналізу з динамічними байєсовими мережами, що дозволяє моделювати зміну ймовірностей ризику в реальному часі залежно від змін у технічному стані системи, навігаційному контексті та поведінці DPO. Такий підхід забезпечує адаптивність оцінки ризиків і можливість проактивного прогнозування інцидентів.
З метою підвищення точності прогнозування та оптимізації енергоспоживання в умовах реальних зовнішніх впливів, у роботі також запропоновано застосування параболічного регулятора з нечутливою зоною. Такий підхід забезпечує стійке утримання позиції судна в DP-режимі навіть за дії комбінованих збурень - вітру, хвиль та течій, із одночасним зниженням витрат енергії на стабілізацію. Проведене чисельне моделювання дозволило оцінити вплив відмов у компонентах системи, збоїв у подачі сигналів та дій оператора на поведінку судна в динаміці. Особливу увагу приділено аналізу сценаріїв втрати позиції мобільної бурової установки (MODU) як одного з критичних кейсів.
Для практичної перевірки та калібрування DPRA-моделі створено спеціалізовану тренажерну платформу, що використовує шаблони операторської поведінки, отримані з даних реального або симульованого моніторингу DPO. На її основі також реалізовано функціональну структуру системи підтримки прийняття рішень (DSS), яка здатна формувати контекстно-залежні підказки оператору в межах критичних часових інтервалів, з урахуванням очікуваної реакції людини. Інтерфейс DSS адаптований для сприйняття ймовірнісних оцінок і пропонує варіанти дій із відповідними рівнями ризику.
Проведено верифікацію розробленої DPRA-моделі на основі практичних сценаріїв з тренажерних експериментів і історичних даних. Порівняльний аналіз показав її перевагу над класичними підходами до оцінювання ризику в контексті точності прогнозування, здатності до адаптації в режимі реального часу та сумісності з елементами автономних навігаційних систем.
Загалом результати дослідження мають значний практичний потенціал: вони можуть бути використані для інтеграції моделей DPRA у системи динамічного позиціонування нового покоління, адаптивні DSS-модулі для автономного флоту, тренажерні комплекси з оцінкою поведінки DPO, а також для формування цифрових політик безпеки морських операцій.
Registration Date
2025-06-03
popup.nrat_date
2025-06-03 / 2026-07-01
