Технический облик судового глубоководного водолазного комплекса военно-морского флота с учетом требований конструктивной безопасности

DOI: 10.24937/2542-2324-2019-2-S-I-34-39 УДК 623.827

И.В. Завальнюк, М.В. Краморенко

НИИ спасания и подводных технологий ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия», Санкт-Петербург, Ломоносов, Россия

ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЛИК СУДОВОГО ГЛУБОКОВОДНОГО ВОДОЛАЗНОГО КОМПЛЕКСА ВОЕННО-МОРСКОГО ФЛОТА С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ КОНСТРУКТИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Показано влияние требований конструктивной безопасности на технический облик глубоководного водолазного комплекса. Приведена методика критериальной оценки конструктивной безопасности, и на контрольном примере показано ее применение для решения практической задачи выбора предпочтительного варианта из пяти рассмотренных альтернатив. Сделан вывод о предпочтительности в современных условиях традиционного состава оборудования глубоководного водолазного комплекса.

Ключевые слова: глубоководный водолазный комплекс, состав оборудования, конструктивная безопасность, критерии безопасности, обобщенный показатель, задача выбора. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

DOI: 10.24937/2542-2324-2019-2-S-I-34-39 UDC 623.827

I. Zavalnyuk, М. Krarnorenko

Research Institute of Rescue and Underwater Technologies, N.G. Kuznetsov Naval Academy ? Lomonosov, St. Petersburg, Russia

CONFIGURATION OF NAVAL ONBOARD DEEP-WATER DIVING SYSTEM WITH CONSIDERATION OF DESIGN SAFETY REQUIREMENTS

This paper demonstrates how configuration of deep-water diving system depends on design safety requirements and gives a procedure for design safety assessment in terms of specific criteria, demonstrating on a case study what advantages this procedure gives in selection of a preferable variant out of five possible. The study shows that conventional equipment of deep-water diving systems remains optimal in modem conditions.

Keywords: deep-water diving system, equipment items, design safety, safety criteria, generalized parameters, multiple choice.

Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

Проведение глубоководных водолазных работ актуально в связи с освоением шельфа Арктической зоны и невозможностью выполнения ряда задач с помощью глубоководных телеуправляемых подводных аппаратов. Глубоководные водолазные комплексы (ТВ К) размещаются на спасательных судах Военно-Морского Флота, на судах специаль-

ной постройки других министерств и ведомств Российской Федерации и представляют собой набор взаимосвязанного технологического оборудования. ГВК включает оборудование, предназначенное для адаптации человеческого организма к условиям гипербарической среды, средства доставки водолазов из барокамер судна-носителя ГВК к месту про-

Для цитирования: Завальнюк И.В., Краморенко М.В. Технический облик судового глубоководного водолазного комплекса военно-морского флота с учетом требований конструктивной безопасности. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019; Специальный выпуск 2: 34-39.

For citations: Zavalnyuk I.V., Krarnorenko M.V. Configuration of naval onboard deep-water diving system with consideration of design safety requirements. Transactions of the Krylov State Research Center. 2019; Special Edition 2: 34-39 (in Russian).

ведения работ под водой, а также водолазное снаряжение. Состав оборудования обусловлен технологией проведения водолазных работ. Безопасность водолазных работ для их участников является ключевым фактором и должна быть конструктивно обеспечена техническими средствами ГВК. При создании ГВК востребованы методики и критерии оценки их конструктивной безопасности.

Опыт освоения ГВК нового спасательного судна Военно-Морского Флота «Игорь Белоусов» показывает, чю при проведении глубоководных работ на предельных глубинах требуется разработка специальных мер безопасности, адекватных условиям водолазного спуска [1,2]. При этом применимы методы теории управления рисками в соответствии с национальным стандартом Российской Федерации ГОСТР ИСО/МЭК 31010-2011 «Менеджмент риска. Методы оценки риска» [3]. В качестве рисков в России и за рубежом [4] рассматриваются угрозы возникновения в процессе водолазного спуска нештатных и аварийных ситуаций, в ответ на которые разрабатываются меры предупреждения и меры реагирования на случай реализации угрозы. Меры безопасности имеют организационный и технический характер. Конструкцией ГВК должны быть технически обеспечены предполагаемые действия операторов в нештатной ситуации, когда для нормализации процесса спуска необходимо предпринимать ответные меры.

Понятие «конструктивная безопасность» включает в себя обеспеченность обслуживающего персонала достаточным набором технических средств для принятия адекватных мер в случае возникновения нештатной ситуации, в том числе наличие резервного оборудования, а также устройств, блокирующих ошибочные действия обслуживающего персонала. Конструктивная безопасность предполагает наличие в составе ГВК технологического оборудования, позволяющего участникам водолазных работ (операторам судовых постов ГВК) противопоставить опасным факторам водолазного спуска адекватные, доступные и реализуемые ответные меры. Под опасными факторами понимается возникновение при проведении водолазных работ нештатных и аварийных ситуаций, связанных с воздействием на водолазов условий гипербарической среды, с отказами техники и с ошибками обслуживающего персонала. Вопросы конструктивной безопасности современных ГВК рассматриваются при их проектировании. Вопрос оценки конструктивной безопасности при создании новых ГВК, в том числе включающих в себя ранее не применявшийся набор оборудования (порой принципиально нового), тре-

бует подробного рассмотрения. В этом случае применимы аналитические и математические методы теорий выбора и обоснования решений. На основе метода экспертных оценок и решения многофакторной критериальной задачи выбора разработана методика оценки конструктивной безопасности ГВК. Она позволяет при наличии множества вариантов оснащения ГВК тем или иным набором технических средств выбрать предпочтительный вариант с точки зрения безопасности, а также сравнить рассматриваемый проект ГВК с уже существующими альтернативными вариантами. Оценку конструктивной безопасности ГВК предлагается оценить на основе решения многофакторной задачи с назначением ранжированных критериев и их сверткой в обобщенный показатель. После получения обобщенных показателей для нескольких вариантов определяются предпочтительный вариант и его преимущества, выясняется, за счет чего и по каким критериям он превосходит другие варианты. При наличии недостатков определяется необходимость дооснащения проектируемого ГВК дополнительными техническими средствами, которые обеспечат требуемый рост частных показателей по группам критериев. В этом суть и значение предлагаемой методики.

Для разработки критериев рассмотрена последовательность действий расчета ГВК при проведении глубоководного водолазного спуска, обеспечивающая сохранение здоровья и жизни как водолазов, так и персонала, обслуживающего технические средства. Всего было выявлено четыре группы различных по приоритету критериев А. В, С и Б, характеризующих конструктивную безопасность ГВК.

Критерии группы А характеризуют техническую обеспеченность успешных действий обслуживающего персонала (специалистов расчета) ГВК и при необходимости экипажа судна-носителя ГВК в аварийной ситуации, когда невозможно продолжать водолазный спуск и все усилия направляются на вывод водолазов из-под экстремального воздействия, сохранение их здоровья и жизни, минимизации последствий. Говоря терминами теории управления рисками, рассматривается крайний случай, когда реализовывается угроза по наиболее неблагоприятному стечению обстоятельств. Группа А является приоритетной по значению, поскольку характеризует кульминацию процесса управления рисками - принятие мер аварийного порядка. К критериям группы А (всего их выявлено 19) отнесены те, которые позволяют обеспечить для руководителя (командира водолазного спуска) наилучшую

И.В. Завальнюк, М.В. Краморенко. Технический облик судового глубоководного водолазного комплекса военно-морского флота с учетом требований конструктивной безопасности

возможность оценки ситуации, доступность каналов связи, возможность эффективного управления расчетом ГВК, применение резервных и дополнительных технических средств.

К критериям группы В, которых определено 23, отнесены критерии, характеризующие техническую возможность своевременно выявить признаки нештатной ситуации и принять адекватные меры для нормализации процесса глубоководного водолазного спуска (устранение нештатной ситуации). Эта группа по значимости уступает критериям группы А, поскольку характеризует стадию предвестников аварийной ситуации.

К критериям группы С (их выявлено 9) отнесены вопросы технической обеспеченности безопасной работы расчета ГВК на всех этапах глубоководного водолазного спуска. Группа критериев С также имеет важное значение, но меньший приоритет по сравнению с группами А и В, поскольку в составе расчета ГВК при проведении водолазного спуска всегда есть резерв специалистов из состава незадействованных дежурных смен.

К критериям группы Б (их выявлено 3) отнесены критерии, характеризующие техническую возможность ответных действий расчета ГВК на влияние внешних факторов окружающей среды (условий водолазного спуска). Группа Б относится к критериям низшего порядка, характеризующим ситуации, которые опосредованы объективными факторами и не требуют изменения последовательности (порядка) действий расчета ГВК.

При ранжировании частных критериев с разделением на группы «вес» каждого критерия определяется по формуле

Ркр - X кг

1

У г-

11Х

]=1 г=1

где ку - численное значение приоритетности,

4 =

2 X, >Х,

1 У

1 хг=х;

О X, < X ,

каждое слагаемое является частным показателем по той или иной группе критериев:

П,-= Рах£А + Рвх£В +РсхЕС+Рсх:Щ

где РА, Рв, Р. и Р,, - «вес» критериев групп А, В, С и Б; £А. ЕВ, ЕС и ЕБ - сумма дискретных оценок критериев по группам.

Дискретные оценки 1, 2 и 3 выставляются в зависимости от степени соответствия того или иного варианта критерию на основании мнения выполняющего оценку специалиста в предметной области (эксперта). По итогам сравнения предпочтительному варианту выставляется более высокая оценка. Аргументы в пользу предпочтения того или иного варианта приводятся в примечаниях. Такой подход позволяет оценить преимущества каждого из рассматриваемых вариантов и предложить пути решения выявленных технических проблем.

Соотношение обобщенных показателей вариантов позволяет сравнивать их количественно:

к^= П./П,,

где X, > X, (критерий X, более важен по отношению к критерию X,): X, = X, (критерии равны по важности); X, < X, (критерий X, менее важен по отношению к критерию X,).

Свертка критериев с вычислением обобщенного показателя осуществляется по формуле, в которой

где / и / - номера вариантов.

В качестве контрольного примера проведена оценка безопасности 5 вариантов глубоководных водолазных комплексов с различными средствами доставки водолазов к месту работ из барокомплек-са, в котором они находятся в газовой среде под давлением, соответствующим глубине проведения водолазных работ. При этом устройство барокамер и систем жизнеобеспечения водолазов остается неизменным.

В ГВК с обычным (традиционным) на сегодняшний день конструктивным обликом средством доставки водолазов является водолазный колокол (ВК). С развитием техники и технологий у ВК с его сложным спуско-подъемным устройством, полукилометровой длиной кабель-шланговой связки, системами замкнутого дыхания водолазов и водяного обогрева появляется альтернатива в виде водолазного подводного аппарата (ВПА), оснащенного подобными системами в автономном исполнении, который предполагается использовать также для решения задачи эвакуации водолазов как на глубине работ через водную среду («мокрым способом»), так и в роли гипербота (ГБ), позволяющего эвакуировать водолазов из барокамер в период прохождения декомпрессии при угрозе гибели судна-носителя.

Вариант 1 соответствует освоенному Военно-Морским Флотом ГВК-450 спасательного судна

«Игорь Белоусов», водолазные спуски с которого позволили набрать определенную статистику. Вариант 2 представляет собой ГВК с одним ВК и эвакуационной системой водолазов (гиперботом), вариант 3 - ГВК с двумя ВК и гиперботом, вариант 4 - ГВК с одним ВК и водолазным подводным аппаратом (ВПА), выполняющим функцию эвакуационной системы водолазов, вариант 5 - ГВК без ВК, но с двумя ВПА, выполняющими функцию эвакуационной системы водолазов.

Авторы давали экспертные оценки, исходя из собственного опыта освоения ГВК-450 и участия в глубоководных водолазных работах.

Результаты расчетов обобщенных показателей ГВК приведены в табл. 1, где представлен вариант «полной» оценки конструктивной безопасности с учетом всех критериев. В табл. 2 приведена «сокращенная» оценка с исключением тех критериев, которые во всех вариантах оцениваются одинаково. Кратность обобщенных показателей представлена табл. 3, где в числителе представлены показатели при «полном» наборе критериев, а в знаменателе -при «сокращенном».

Вычисленные обобщенные показатели конструктивной безопасности ГВК свидетельствуют

о том, что сокращение количества критериев не повлияло на степень приоритетности и дает более «рельефную» картину. Данные, полученные из табл. 2, приведены в скобках. Предпочтительным вариантом является вариант 3, предусматривающий наличие в составе ГВК двух ВК и гипербота, который имеет обобщенный показатель П3 = 2,8283 (2,8085). Он в 1,264 (1,486) раза превосходит обобщенный показатель наименее предпочтительного варианта 5, предусматривающего наличие в составе ГВК двух ВПА. Вариант 3 превосходит вариант 5 по всем частным показателям, характеризующим группы критериев А-Б. Вторым по предпочтению является вариант 2, предусматривающий дооснащение гиперботом ГВК по варианту 1. Он незначительно уступает варианту 3 по критериям групп А и С. Его обобщенный показатель меньше в 1,059 (1,118) раза.

Таким образом, ГВК с применением в качестве средства доставки водолазов ВПА по критериям конструктивной безопасности уступает ГВК с применением ВК в 1,486 раза, что является существенным и обращает внимание на необходимость совершенствования его конструктивного облика. Если этого не сделать, то при возникнове-

Таблица 1. Результат расчета обобщенных показателей конструктивной безопасности глубоководного водолазного комплекса при «полном» наборе критериев

Table 1. Calculation results for generalized parameters of design safety for deep-water diving system with "complete" set of criteria

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5

Критерии ГВК ГВК + ГБ ГВК + ВК + ГБ ГВК + ВПА ГВК - ВК + + 2хВПА

2А7 (19 критериев) 45 47 52 44 42

2В/ (23 критерия) 69 69 69 67 53

2С7 (9 критериев) 24 23 24 22 19

1Ю7 (3 критерия) 9 9 9 8 7

Вес А 0,0305 0,0305 0,0305 0,0305 0,0305

Вес В 0,0161 0,0161 0,0161 0,0161 0,0161

Вес С 0,0051 0,0051 0,0051 0,0051 0,0051

Вес Б 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010

Частный показатель ПА/ 1,3725 1,4335 1,5860 1,3420 1,2810

Частный показатель Пв, 1,1109 1,1109 1,1109 1,0787 0,8533

Частный показатель ПС/ 0,1224 0,1173 0,1224 0,1122 0,0969

Частный показатель П0/ 0,0090 0,0090 0,0090 0,0080 0,0070

Обобщенный показатель П7 2,6148 2,6707 2,8283 2,5409 2,2382

Степень приоритетности III II I IV V

И.В, Завальнюк, М.В. Краморенко. Технический облик судового глубоководного водолазного комплекса военно-морского флота с учетом требований конструктивной безопасности

Таблица 2. Результат расчета обобщенных показателей конструктивной безопасности глубоководного водолазного комплекса при «сокращенном» наборе критериев

Table 2. Calculation results for generalized parameters of design safety for deep-water diving system with "incomplete" set of criteria

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5

Критерии ГВК ГВК + ГБ ГВК + ВК + ГБ ГВК + ВПА ГВК-ВК + + 2хВПА

ЕА, (16 критериев) 36 38 43 35 33

ЕВ,- (10 критериев) 30 30 30 28 14

ЕС, (6 критериев) 15 14 15 13 10

ЕБ, (2 критерия) 4 4 4 3 2

Вес А 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045

Вес В 0,0225 0,0225 0,0225 0,0225 0,0225

Вес С 0,0087 0,0087 0,0087 0,0087 0,0087

Вес Б 0,0017 0,0017 0,0017 0,0017 0,0017

Частный показатель ПА,- 1,62 1,71 1,935 1,575 1,485

Частный показатель 11.-, 0,675 0,675 0,675 0,63 0,315

Частный показатель Пс, 0,1305 0,1218 0,1305 0,1131 0,087

Частный показатель Пп, 0,0068 0,0068 0,0068 0,0051 0,0034

Обобщенный показатель П, 2,4323 2,513 2,8085 2,3232 1,8904

Степень приоритетности III II I IV V

Таблица 3. Кратность обобщенных показателей Table 3. Multiplication factors for generalized parameters

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5

ГВК ГВК+ГБ ГВК + ВК + ГБ ГВК + ВПА ГВК-ВК + + 2хВПА

Вариант 1 10 0,979 0.925 1,029 1,168

1,0 0,968 0,866 1,047 1,287

Вариант 2 1,021 1,033 1Q го 0,944 0,895 1,051 1,082 1,193 1,329

Вариант 3 1,082 1,155 1,059 1,118 10 1,0 1,113 1,209 1,264 1,486

Вариант 4 0,972 0,955 0,951 0,925 0,898 0,827 10 1,0 1,135 1,229

Вариант 5 0,856 0,838 0,791 0,881 10

0,777 0,752 0,673 0,814 1,0

Примечание: приоритетный вариант выделен цветом.

нии аварийной ситуации расчет ГВК не сможет противопоставить реальной угрозе адекватных ответных мер. Полученный результат отражает реалии сегодняшнего дня и не отрицает того, что в будущем, с развитием техники и технологий, создание ГВК с применением ВПА станет возможным по критериям безопасности.

Выводы Conclusions

1. Безаварийное выполнение водолазных работ включает конструктивную безопасность ГВК и обеспечивается набором его технических средств.

2. Критериальная методика экспертной оценки конструктивной безопасности существующих и создаваемых ГВК позволяет определить состав оборудования, обеспечивающий безопасное проведение глубоководных водолазных работ.

3. Преимуществом обладают ГВК, имеющие в своем составе технические средства, реализующие технологии, проверенные на практике или экспериментально. На сегодняшний день нет безопасной альтернативы сложившейся традиционной схеме построения ГВК, включающего барокомплекс с системами жизнеобеспечения, водолазный колокол, шланговое водолазное снаряжение с водообогревом и гипербот.

Библиографический список

1. Правила водолазной службы Военно-Морского Флота (ПВС ВМФ-2002). Ч. I—III. М.: Воениздат, 2004.

2. Отчет о НИР «Анализ результатов глубоководных водолазных спусков на глубины до 300 метров с использованием ГВК-450 спасательного судна «Игорь Белоусов» (шифр «ВНС-Гдубина»). Инв. № 1402-1404. СПб.: НИИ СиПТ ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия», 2018. 246 с.

3. ГОСТ Р ИСО/МЭК 31010-2011 «Менеджмент риска. Методы оценки риска». М.: Стандартинформ, 2012. 70 с.

4. Australian Diver Accreditation Scheme (ADAS). File Ref: ADAS Daily Risk_Assessment_v2 0J./08/2014. 184 c.

References

1. Manual of Navy Diving Service (PVS VMF-2002). Parts I-III, Moscow, Voenizdat, 2004 (in Russian).

2. Report on Research Project Analysis of deepwater dives to the depths up to 300 m using GVK-450 diving system of Igor Belousov rescue vessel (code name IWS-Ghibina). Reference No. 1402-1404, St. Petersburg, Re

search Institute of Rescue and Underwater Technologies, N.G. Kuznetsov Naval Academy, 2018, 246 pp. (in Russian).

3. COST R ISO-IK" 31010-2011 Risk management. Risk assessment techniques. Moscow, Standartinform, 2012, 70 pp. {in Russian).

4. Australian Diver Accreditation Scheme (ADAS). File Ref: ADAS Daily Risk_Assessment_v2 0_l/08/2014. 184 c

Сведения об авторах

Завапънюк Игорь Васильевич, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории экспериментальной научно-исследовательской базы НИИ спасания и подводных технологий ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия». Адрес: 189412, Россия. Санкт-Петербург, Ломоносов, ул. Морская, 4. Тел.: +7-950-044-76-99. E-mail: mc.kadetttäyandex.ra. Крсшоренко Михаил Вячеславович, начальник экспериментальной научно-исследовательской базы НИИ спасания и подводных технологий ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» Адрес: 189412, Россия, Санкт-Петербург, Ломоносов, уд, Морская, 4. Тел.: +7-981-751-46-87. E-mail: VuriiH tnl-5lil a niil.ri).

About the authors

Zavalnyuk, Igor V., Junior Researcher, Experimental Research Facility, Research Institute of Rescue and Underwater Technologies, N.G. Kuznetsov Naval Academy, address: 4,, Morskaya st., Lomonosov>. St. Petersburg, Russia, post code 189412, tel.: +7 950 044-76-99. E-mail: mc.kadettwiyandex.ru.

Kramorenko. Mikhail V. Head of Experimental Research Facility, Research Institute of Rescue and Underwater Technologies, N.G. Kuznetsov Naval Academy, address: 4, Morskaya St., Lomonosov, St. Petersburg, Russia, post code 189412, tel.: +7 981 751-46-87. E-mail: vunc-vmf-5filfämil.ru.

Поступила / Received: 15.05.19 Принята в печать / Accepted: 26.08.19 © Завальнюк И.В., Краморенко М.В., 2019