Метод самоорганізуючих процесів в управлінні безпекою руху В.М. Самсонкіна - В.А. Друзя

Метод самоорганізуючих процесів (надалі МСП) являє собою наукову методологію інформаційного забезпечення ефективних керівних рішень і профілактики в області БР поїздів на залізничному транспорті. Цей теоретичний підхід розроблений докторами наук Самсонкіним В.М. і Друзем В.А. і вперше повністю викладений у 2005 року.

Метод статистичної закономірності являє собою теоретичне обґрунтування керування процесом убезпечення і нагляду (або контролю) за безпечністю руху поїздів. Для тих служб залізничного транспорту, «що убезпечують» – МСЗ указує на який саме аспект діяльності слід звернути увагу (указує на «вузькі місця»), для «наглядової» служби – дає спрямованість контролю з метою запобігання транспортним подіям.

Основні поняття

· Система.

Під системою будемо розуміти об'єднання елементів, взаємовідношення й взаємодія яких здійснюється з метою одержання кінцевого результату, корисного для системи в цілому. Складові системи називають компонентом, елементом, об'єктом. Їх вивчають неподільним цілим для розглянутого рівня узагальнення. Однак, компонента системи може бути як об'єднанням складових, так і системою більш низького рівня узагальнення.

З погляду теорії систем залізничний транспорт – це складна багаторівнева багатозв’язкова людино-машинна система. Кінцевий результат її діяльності – безпечний перевізний процес. Безпека тут виступає як необхідна умова. Її відсутність не відповідає запитам суспільства.

Елементом (компонентом) системи є локомотив з локомотивною бригадою, вантажний вагон, пасажирський вагон із провідником, дільниця колії, диспетчер, черговий по станції, пристрої залізничної автоматики (наземні пристрої, ЕЦ, ДЦ) та ін. Органом – локомотивне депо, сортувальна станція, дистанція колії й ін.

Людино-машинна система – це різновид поняття системи, яка означає взаємозалежний комплекс «людина – техніка – середовище».

Гуманістичною системою будемо називати будь-які соціальні організації, людино-машинні системи, у яких істотну роль відіграють знання й судження людини.

· Організація, самоорганізація.

Говорячи про відносини й зв'язки між елементами системи, використовують поняття організація. Поняття організації трактується як:

- еквівалент поняття впорядкованості, пов'язаної зі здійсненням конкретної функціональної діяльності;

- динамічний процес формування структурно-функціональних відносин між елементами розглянутої системи. Якщо цей процес здійснюється внутрішніми утворювальними процесами, тоді його прийнято розцінювати як той, що самоорганізується.

Систему будемо називати самоорганізованою, якщо вона без специфічного втручання ззовні знаходить яку-небудь просторову, часову або функціональну структуру.

· Системний підхід

Системний підхід – це розгляд об'єктів як систем. У повсякденній мові це поняття трактують як всебічний аналіз об'єкта дослідження. А скільки сторін у цього аналізу?

Діяльність залізничного транспорту як системи розглядають у 3-хвимірному динамічному просторі «структура – функція – ресурс».

Структура означає:

а) загальну ієрархічну 3-рівневу вертикаль керування (Державна адміністрація залізничного транспорту України „Укрзалізниця” – залізниця – лінійний рівень);

б) галузеві вертикалі (головне управління – служба – дистанція, депо, дільниця, підприємство, завод, проектний інститут, конструкторське бюро, ін.) за господарствами, які безпосередньо беруть участь у перевізному процесі (локомотивне, вагонне, колії, пасажирське та ін.), і функціональними службами (фінансово-економічна, кадри, охорони праці, постачання, та ін.);

в) рівневі піраміди кожного з 3-х рівнів загальної ієрархії керування.

Ураховуючи історичні принципи діяльності транспорту, що склалися (екстериторіальності, єдиноначальності, розпорядчо-приказний), структури, що утворені, носять яскраво виражений «вертикальний» характер.

Існують численні «горизонтальні» зв'язки між елементами, які належать різним вертикалям (локомотивна бригада – диспетчер, електромеханік СЦБ – черговий по станції, та ін.). Вони зумовлені необхідністю створити умови для безпечного перевізного процесу й обов'язково відображені у відповідних наказах і розпорядженнях.

Функція. У кожного структурного утворення свої функції. Найважливішою з точки зору задоволення соціально-економічних потреб є функція перевезення пасажирів і вантажів. Існує й безліч допоміжних функцій.

Ресурс буває людський, матеріально-технічний, фінансовий, інформаційний (інтелектуальний).

· Стан системи

Під станом системи будемо розуміти рівень активності її елементів, відбитий в одержанні кінцевого результату. Кількісно стан системи визначають чисельним значенням одного або декількох найбільш важливих параметрів, які характеризують її діяльність – параметрів контролю.

Оцінювання стану системи проводять шляхом порівняння параметра контролю з нормою поведінки системи. Якщо параметр контролю відповідає цій нормі, говорять про нормальний стан. Кілька слів про кількість параметрів контролю. Уважається, що їх збільшення робить оцінку стану точнішою. Однак, це не так. У разі змінення середовища для одних параметрів збільшується діапазон прояву, для інших – зменшується. Прагнення врахувати все приводить до розширення норми й включення в перелік нормальних усе більшого числа станів, що насправді такими не є.

· Норма поведінки системи

Норма –це:

а) процес, що визначає оптимальний режим функціонування системи у взаємодії із середовищем, тобто її функціональний оптимум;

б) інтервал оптимального функціонування системи з мінливими межами, у яких зберігається оптимальний зв'язок системи із середовищем і узгоджене виконання всіх її функцій.

Межі варіації параметра кінцевого результату залежать від інтенсивності функціональної діяльності системи й можуть статистично характеризувати норму. Зростання напруженості стану приводить до зменшення дисперсії параметра кінцевого результату навколо середнього. Нульова напруженість стану навпаки буде характеризуватися максимальною дисперсією, тому що в цьому випадку спостерігається максимальна взаємозамінність компонентів.

Сутність принципу «мінливих меж» у тому, що в живих системах норми змінюються протягом життя. Змінюються індивідуально, хоча існують і видові закономірності. При цьому враховується вся «передісторія» поведінкової діяльності системи. Отже, «мінливі межі» - це синонім змінюваних у часі величини й місця розташування центру зони функціонального оптимуму.

· Життєздатність

Безпечність системи, як здатність здійснити її задану функціональну діяльність, безпосередньо визначають поняття надійності й стійкості.

Надійність означає здатність системи зберігати на заданому рівні свої найбільш істотні властивості – безвідмовність і ремонтопридатність. Під стійкістю будемо розуміти здатність системи вертатися у вихідний (початковий) або близький до нього стан з певного околу станів після припинення дії причини (збурювання), що спонукала систему змінити свій стан. Вихідний стан при цьому називають стаціонарним (рівноважним).

· Ремонтопридатність або ремонтоспроможність

- здатність елементів системи відновлювати свої експлуатаційні характеристики. Це означає, що в будь-який момент часу можлива заміна окремого елемента системи за умови безперервного її функціонування.

· Толерантність

Толерантність розуміють у значенні “нерозрізненість, неточність”. Більшу (високу) толерантність розуміють як широкий діапазон прояву параметра (мала точність). Мала толерантність еквівалентна високій точності й розрізненню.

Діяльність людини пов'язана з такими поняттями як неточні розрахунки, несвоєчасність дій, недостатнє знання ситуації, недостатня компетентність, незадовільний контроль над виконуваним процесом. Усе це породжує толерантність його дій. У роботі транспортних засобів (складова «техніка») також існує певний діапазон надійного й стійкого функціонування, що задовольняє вимоги перевізного процесу. Отже, йдеться про неоднозначність, неточність роботи технічних засобів, тобто про толерантність технічної складової системи.

Аналогічно можна сказати й про середовище. Потрібно розглядати межі зміни параметрів середовища, у яких з необхідною надійністю забезпечується рівноважний стан транспортної системи.

· Принципи самоорганізації

Розгляд технології перевізного процесу вимагає обов'язкового обліку того, що визначає його нормальний хід і розвиток. А для цього треба постулювати найбільш загальні системоутворюючи принципи:

- єдність системи й середовища її існування;

- опосередкування результату функціональної діяльності системи;

- ізоморфізм;

- варіантність формування кінцевого результату;

- статистична організація прояву дії;

- принцип дихотомії в організації керування динамічними системами;

- найменшої дії;

- «вузького місця».

· Класифікація причинно-наслідкових зв'язків

Класифікація – розподіл явищ і понять на класи, розряди залежно від їх загальних ознак. Автори обґрунтовують зображення причинно-наслідкових зв'язків у вигляді ланцюжка «передумова причина подія» й необхідність розроблення відповідних класифікаторів передумов, причин і подій.

Новизна запропонованого підходу полягає в переході від існуючої традиційної формули аналізу випадків порушення безпечності руху

«ПРИЧИНА ПОДІЯ НАСЛІДКИ»

до формули

«ПЕРЕДУМОВА ПРИЧИНА ПОДІЯ НАСЛІДКИ»,

· Класифікатор.

Класифікатор – систематичне наведення (перелік) явищ або понять, у якому зручно знайти опис кожного з них.

У кожній ланці залізничної системи змістовна сторона порушень різна й вимагає систематизації й складання спеціального каталогу несправностей і наслідків, які можуть виникати. Такого роду впорядкований каталог дозволить точно контролювати й установлювати природу порушень із визначенням рівня відповідальності. Такий каталог, що представляє собою сукупність класифікаторів, є основою контролю й відповідальності за безпечний стан залізничної системи.

Дотепер, модернізуючи класифікатори, використовують принцип наступності. Автори зіштовхнулися з необхідністю дати науковий підхід до побудови класифікаторів і їх наступної адаптації до мінливих умов середовища. Визначимо два основні принципи побудови класифікаторів: а) «рівневий» принцип; б) принцип «плаваючого класифікатора». Розглянемо сутність кожного із принципів.

«Рівневий» принцип означає уточнення аналізованого поняття: від загального - до окремого. Рівень означає клас однорідних понять із погляду критерію причинно-наслідкових зв'язків. Кількість рівнів визначається ступенем деталізації. Граничний рівень деталізації визначається можливістю одержання достовірної інформації, тобто толерантністю простору подій. Наприклад, у разі пошуку причин несправностей тягового рухомого складу (ТРС) граничним рівнем буде той блок, який не розбирають під час ремонту або огляду в умовах локомотивного депо.

Принцип «плаваючого класифікатора » припускає, що класифікатор об'єктивно змінюється в часі. У разі заміні застарілої техніки на нову змінюються причини порушень безпеки з вини фактора «техніка», їхня кількість, назва, тощо. Це лише одне пояснення покладеного в основу систематизації другого принципу.

Сутність методу самоорганізуючих процесів

Для обґрунтування ефективних управлінських рішень з підвищення рівня БР на залізничному транспорті Самсонкіним В.М. та Друзем В.А. було розроблено відповідну теорію – Метод статистичної закономірності […] або Метод самоорганізуючих процесів (надалі МСП). Ця теорія заснована на статистичному підході до керування та являє собою ефективним підходом з точки зору теорії управління складними системами.

Найбільш вагомі концептуальні положення МСП:

A. Вхідною інформацією МСП є існуюча інформація про транспортні події на залізничному транспорті (що знаходиться у журналах форми РБУ-7 та відповідних справах з розслідування), щорічний аналіз БР (якій виконує апарат ЦРБ), інша інформація про технічні та технологічні збої.

B. Для більш достовірних результатів слід використовувати яко можна більш «глибоку передісторію», тобто максимальну статистику попередніх періодів (років). Очевидний з точки зору математичної статистики тезис є нетрадиційним з точки зору практики діяльності залізничного транспорту України, де як правило використовуються числові данні двох років: поточного та попереднього.

C. Вихідна інформація - прийняття управлінських рішень щодо забезпечення БР. Визначено чотири рівня управлінських рішень:

1 - оперативні розпорядження (тимчасові обмеження та заборони; вилучення з експлуатації до гарантованого усунення недоліків, що призвели до транспортних подій; підготовка наказів з убезпечення руху поїздів);

2 - поточна профілактика (розробка та контроль за виконанням заходів щодо ліквідації «вузьких місць»; цільове технічне навчання; спеціальні тренінги для прищеплення навичок раціональної поведінки у аварійно небезпечних ситуаціях; докладний аналіз ланцюга розвитку пригоди у присутності експлуатаційного та ремонтного персоналу; розповсюдження передового досвіду);

3 - прогнозування стану БР;

4 - розробка довгострокових програм (оновлення або модернізації убезпечення технічних засобів; вдосконалення нормативно-технологічного забезпечення; комп’ютерізації аналізу та обліку безпеки руху; впровадження досягнень науково-технічного прогресу).

D. Розширення формули причинно-наслідкових зв'язків транспортної події до чотирьох параметрів «передумова – причина – подія – наслідок». Це привело до необхідності введення замість одного існуючого відповідно трьох класифікаторів: подій, причин, передумов (базових причин).

E. Визначення стану безпеки руху на основі поняття норми порушень БР, як функціонального оптимуму.

Вирішення питання підвищення безпечності функціонування залізничного транспорту вимагає знання його поточного стану й рівня надійності кожного з компонентів. Отже, розроблення методики контролю й оцінювання безпеки вимагає введення міри ризику виникнення аварії.

У даному підході діапазон можливих станів елементів залізничної системи та її самої зображений шкалою з дев'ятьма градаціями, як це показано на рис.1.

P – імовірність;

Sost – стан залізничного транспорту, еквівалентний стану БР. Піввісь «+» означає «позитивні» стани з точки зору БР, піввісь «-» - негативні;

t – час перебування залізничного транспорту як функціональної системи у тому чи іншому стані (описують дві експоненти, які надані у нижній частині рисунка)

Рис.1 Стани елементів залізничної системи

Тоді залежно від масштабу розподілу цього діапазону можна вказати градацію, після якої слід приділяти особливу увагу профілактичним заходам. Таким критичним рівнем виступає стан, за якого зусилля з підтримання безпеки ще здатні забезпечити її заданий рівень. Такий стан має оцінюватися як тривожний («Тривога» на рис.1), що вимагає вживання заходів для зменшення його напруженості. Уведення такого роду заходів має бути загальним для будь-якої ланки залізничної системи.

Враховуючи, що кожний стан визначається конкретними зусиллями, спрямованими на його збереження, існують дві точки («Тривога» та «Надійність»), робота за межами яких стає збитковою. Відстань між цими точками визначає зону функціонального оптимуму.

Наближення до цих точок з боку норми має викликати тривогу й вживання заходів для стабілізації нормального стану. Точки, що визначають межі функціонального оптимуму, характеризуються високою напругою, коли ще вдається зберегти рівність придбань і втрат. Цей факт дозволяє встановити той стан у ланках залізничної системи, за якого необхідно застосовувати заходи стабілізації положення, тобто, стан підвищеної заклопотаності. За її межами спостерігається неузгодженість між можливостями й потребами галузі, окремої її ланки або ділянки.

Формалізуємо поняття норми. Норма – це межі зони функціонального оптимуму I-го рівня напруженості стану. А для сукупності станів ця характеристика й буде являти собою функціональний оптимум, як норму поведінки. У наведеній формулі для зони функціонального оптимуму середнє арифметичне та середньоквадратичне відхилення визначаються з формул:

,

.

Актуалізація норми - це постійне уточнення норми поведінки в часі в міру накопичення статистичних даних про параметр контролю стану і відповідно уточнення (можливо зі зміною) норми.

F. Виявлення «вузьких місць» в забезпеченні БР на конкретному підприємстві та розробка заходів з їх «розшивання».

Ознаки «вузького місця»:

F1 - найбільші кількісні прояви окремих параметрів систематизації (у т.ч. подій, причин, передумов)

F2 - позитивний тренд динаміки зміни параметрів систематизації, тобто зростання проявів того чи іншого параметру систематизації у часі

F3 - якщо на підставі графічного зображення зареєстрованих параметрів спостерігається рівномірний (однаковий) прояв (тобто відсутнє виражене «вузьке місце»), то джерела поліпшення ситуації слід шукати в площині організації технологічного процесу в цілому.

G. Аналіз динаміки: виявлення закономірностей.

G1. Уся статистика порушень БР систематизується (розкладається) на вісім параметрів:

1. ЩО сталося,

2. ДЕ сталося,

3. КОЛИ сталося,

4. ЯК це сталося,

5. ЧОМУ сталося, ХТО винен,

6. НАВІЩО (умисні чі неумисні дії передували транспортній події),

7. ХТО винен

8. КОМУ нанесено збитки.

Параметр «ЩО» характеризує подію згідно з існуючим класифікатором транспортних подій (його постійно коригують, на момент написання – це [11]).

Оцінювання географічного місця події (підпорядкованість залізниці, дирекції, станції, дільниці, перегону, блок-посту, кілометру, пікету) здійснюється параметром ДЕ.

Параметр «КОЛИ» розкриває час, коли відбулася подія (дата, пора року, ін. часові показники, які характеризують особливості, що склалися для перевізного процесу).

Обставини події містяться у відповіді на запитання «ЯК» це трапилося. У ній міститься якісна характеристика події: інформація про поїзд (номер поїзда, кількість вагонів, тоннаж, кількість осей), локомотив, вагони (загальна кількість задіяних у транспортній події, з них порожніх і навантажених), погодні умови (опади, освітленість, обледеніння, природні катаклізми й ін.), стан рухомого складу (покази бортових засобів реєстрації, наземних пристроїв контролю, візуальне оцінювання очевидців, дотримання графіків ремонту й огляду), стан інфраструктури (насамперед колії), дотримання графіка руху й ПТЕ, стан здоров'я локомотивної бригади, наявність на шляху прямування поїзда сторонніх предметів, людей і технічних засобів та ін. Головна мета аналізу інформації щодо параметру «ЯК» – визначення передумов, через які стала можлива подія.

Параметр «ЧОМУ» дає відповідь на запитання про можливу причину транспортної події, що відбулася.

Систематизація за параметром «ХТО» має містити інформацію про особистість порушника, його посаду, підпорядкованість лінійному підприємству, господарству, дирекції, залізниці, компанії або організації.

Відповідь на запитання «НАВІЩО» має пояснити навмисність або випадковість дії людини (людей) в обставинах, що призвели до транспортної події. Якщо мають місце навмисні дії, то дана подія стає предметом розслідування правоохоронних органів.

Параметр систематизації «КОМУ» має містити інформацію про наслідки нанесеної втрати постраждалому (обсяг ремонту втрата вантажу, час затримання руху й ліквідації наслідків).

Напрями подальшого комплексного аналізу:

a) за параметрами;

b) за складовими параметрів;

c) в просторі двох-трьох параметрів систематизації;

d) аналіз «в глибину» до обґрунтованого рівня толерантності або неподільності (наприклад, для технічних засобів – це неподільний під час ремонту в умовах експлуатації блок, для місця подій – це конкретний пікет або блок-ділянка).

Точність аналізу - до обґрунтованого рівня неподільності (наприклад, для технічних засобів – це неподільний під час ремонту в умовах експлуатації блок, для місця подій – це конкретний пікет або блок-ділянка).

Мета аналізу – оцінити тренд змінення параметрів процесу перевезення в часі. Кінцева мета – виявлення «вузького місця» у передумовах до транспортних подій.

G2. Алгоритм (послідовність) визначення управлінських рішень з виявлення та «розшивання» вузьких місць:

а) виявляються «вузькі місця» у статистиці транспортних подій за певний період часу відповідно положень існуючого класифікатора за ознаками F1 або F2 (дивись підрозділ F);

б) по «вузьким місцям» визначаються найбільш вагомі причини (тобто причини, які зустрічаються найбільш часто) – множина «вагомі причини»;

в) по множині «вагомих причин» за допомогою взаємопов’язаних класифікаторів причин та передумов (рис.2) визначаються найбільш вагомі передумови цих причин – перелік «критичних передумов».

Виявлення критичних передумов виникнення транспортних подій здійснюється з використанням взаємопов'язаних класифікаторів, показаних на рис. 2.

Рис.2 Взаємопов’язані класифікатори причинно-наслідкових зв’язків для аналізу транспортних подій

г) розробляються заходи щодо усунення або зменшення впливу переліку критичних передумов. Ці заходи контролюються.

Структура методу самоорганізуючих процесів (статистичної закономірності)

На рис. 3 показано структурну схему МСП. Вона складається із трьох груп функціональних блоків: «Оцінювання стану», «Аналіз», «ПКР з БР (прийняття керівних рішень з питань безпечності руху». В якості параметра контролю кінцевого результату, що характеризує рівень безпечності руху, розглядається кількість порушень БР за тиждень.

Рис. 3. Узагальнена структура методу самоорганізуючих процесів (методу статистичної закономірності)

Сортування за рівнями толерантності простору подій - послідовність дій (перетворення у безрозмірний вигляд, визначення відповідності тому чи іншому інтервалу толерантності).

Класифікація. Це застосування класифікаторів за кожним з 8 параметрів систематизації інформації про транспортні події.

Формування статистик. Мова йде про диференціацію транспортних подій та формування множин за дільницями маршрутів, за часом транспортних подій, що трапилися, за винними, покараннями, тяжкістю наслідків, передумов, причин, подій.

Актуалізація класифікатора. Під актуалізацією класифікатора слід розуміти оновлення або модернізацію класифікатора у зв'язку зі зміною середовища існування системи. Це відповідає принципу «плаваючого класифікатора», який було введено авторами. Причини актуалізації: поява нового рухомого складу призводить до нових «образів» (причин) порушень і до зникнення деяких старих; застосування загороджувальних пристроїв на переїздах призведе також до нових подій, пов'язаних з неможливістю для автомобіля покинути залізничну колію; підвищення рівня освіченості та культури персоналу приведе до зникнення таких передумов до порушень як халатність і т.д.

Аналізуючи події на основі прийнятої класифікації можна спостерігати, що одна й та ж подія систематично наступає через низку причин. У цьому випадку ці причини можна об'єднати в один клас. У разі нульового прояву будь-якого класу його можна виключити з класифікації. Якщо результат один, а причини, що призводять до його прояву, різні, то це вказує на мультиплікативну природу виникнення події й вимагає створення повного каталогу причин та їх поєднань.

Випадки, коли однаковий набір причин і рівнів їх прояву призводить до різних результатів, свідчать про недостатню повноту класифікації простору подій і необхідність його доповнення. Для цього треба зменшити масштаб виміру наявних причин, деталізувати деякі з них. У цьому випадку вводиться ще один рівень класифікації. Накопичення статистичного матеріалу та його подальше оброблення за описаним принципом дозволяє забезпечити в -автоматизованому режимі «плаваючий класифікатор» і «плаваючий масштаб» виміру контрольованих ознак.