7.3. Структурирование и некоторые подходы к моделированию предметной области

При решении многих исследовательских и практических задач в сфере управления радиационной и химической безопасностью возникает необходи­мость в определенном структурировании предметной области и моделирова­нии составляющих ее элементов.

Первой причиной, вызывающей необходимость структурирования, являет­ся раздельное в определенных аспектах рассмотрение проблем управления радиационной и химической безопасностью. Хотя следует заметить, что и в принципах, и содержании, и организации управленческого процесса здесь много общего. Структурирование необходимо и в силу наличия нескольких уровней и иерархичности управленческого процесса, а также достаточно боль­шого разнообразия форм и методов управления. Наконец, без определенного структурирования предметной области не обойтись при моделировании про­цесса управления.

Моделирование управленческого процесса в сфере обеспечения радиаци­онной и химической безопасности приобретает высокий смысл и особую важ­ность при разработке информационно-управленческих технологий и форми­ровании системы интеллектуальной поддержки подготовки и принятия реше­ний по обеспечению безопасности и защиты населения и территорий.

Структурирование предметной области в интересах этого моделирования, на наш взгляд, должно предусматривать разделение систем, являющихся эле­ментами предметной области, на группы или блоки, в зависимости от их ха­рактера и функциональной нагрузки.

В этом случае целесообразно рассматривать следующие два основных блока элементов:

а) блок материальных систем и объектов, включающий:

• социально-экономические системы различного уровня и природно-хо-зяйственные комплексы, организационно-технические системы, включая си­стемы полиэрготехнического характера, так или иначе связанные с использо­ванием ядерной энергии, источников ионизирующих излучений, опасных хи­мических веществ, или осуществлением определенных управленческих, над­зорных, контрольных функций в сфере обеспечения радиационной и химиче­ской безопасности, а также отдельные важные хозяйственные и иные объек­ты, которые относятся к чувствительным реципиентам воздействий радиаци­онного и химического характера;

• непосредственные источники угроз и воздействий радиационных и хи­мических факторов;

• другие материальные системы, относящиеся к организационно-техни­ческим, но обладающие определенными особенностями, в частности, систе­мы полиэрготехнического характера, органы управления, координирования и контроля, силы, средства и системы, обеспечивающие решение задач комп­лексного мониторинга, включающего радиационную и химическую составля­ющие, состояния окружающей среды и техносферы, предупреждения и ликви­дации чрезвычайных ситуаций;

б) блок концептуальных систем по анализу, оценке и прогнозированию техногенных, природных и экологических факторов опасности и риска, в том числе: факторов радиационной и химической природы, управления безопас- ностью и рисками, обеспечения смягчения последствий аварий, катастроф и опасных природных явлений и других направлений деятельности в сфере за- щиты населения, территорий и обеспечения радиационной и химической бе- зопасности.

Следует подчеркнуть, что моделирование структурных элементов предмет­ной области, а также составляющих их систем имеет свои особенности.

Моделирование социально-экономических и организационно-технических систем блока материальных систем, на наш взгляд, целесообразно произво­дить основываясь на представлениях о человеко-машинных системах, разви­тых в работах П.Г. Белова [90, 91].

Трансформируя взгляды П.Г. Белова на эти системы, можно в достаточно простом виде представить их обобщенную модель.

Заметим, что к классу социально-экономических систем, помимо собст­венно социально-экономических систем, основу которых составляет то или иное административно-хозяйственное образование (например, район, об­ласть), могут быть отнесены природно-хозяйственные и природно-территори-альные комплексы, в границах которых в той или иной форме используется атомная энергия, источники ионизирующих излучений, опасные химические вещества, либо осуществляется производство, хранение или перевозка этих источников и веществ.

К классу организационно-технических систем относятся, по сути, все оста­льные материальные системы и объекты, представляющие собой некую сово­купность организованных по профессиональным признакам коллективов лю­дей, технических средств и систем, инженерных сооружений и различного рода других объектов целенаправленной деятельности людей, выполняющих определенные функциональные задачи, связанные с использованием атомной энергии, опасных химических веществ, обращением с источниками ионизи­рующих излучений.

Частным случаем организационно-технических систем являются так назы­ваемые полиэрготехнические системы, характерные признаки которых состо­ят в многообразии и разнородности внутренних структур и функциональных задач. Для моделирования этих систем, помимо рассматриваемого подхода, целесообразно применение, кроме того, методов теории динамических сис­тем, являющихся более сложными, но дающими широкие возможности для анализа и оценки эффективности функционирования такого рода систем.

Обобщенная модель социально-экономических и организационно-техни­ческих систем, составленная в развитие взглядов П.Г. Белова, приведена на рис. 7.4.

Как известно, с термодинамической точки зрения устойчивое состояние системы соответствует максимуму энтропии. Понятие об энтропии как термо­динамической функции было введено еще в середине XIX века Клаузевинцем. В настоящее время оно широко используется в информатике для обозначения меры упорядоченности системы.

Человеческая деятельность в любой сфере, в том числе в производствен­но-хозяйственной, социальной и т.п., в целом носит системный характер и на­правлена на согласование и упорядочение всех структур, процессов и явле­ний, находящихся в поле этой деятельности.

Согласно второму закону термодинамики и информационной трактовке энтропии это ведет к уменьшению энтропии, а следовательно, и к снижению устойчивости рассматриваемых систем, приводит их в неустойчивое состоя­ние.

Человеческий фактор (организационные структуры, органы управления и т.п.)

Хозяйственные структуры (для организационно-технических систем — технические системы)

Вход J(t>

Установленная организация (технология) взаи­модействия между структурными элементами

►Выход Е(t)

Рабочая среда (среды)

Состояние системы S (t)

Обратная связь, вносящая определенные коррективы в объем и содержание входных и ограничивающих действий

J (t) — входное и ограничивающее воздействия на систему: поступающие извне ресурсы; целевые функции и задачи; пространственные, временные, материальные и иные ограничения;

E(t) — выходные воздействия системы на внешнюю среду: результаты

функционирования системы в соответствии с целевой установкой;

t — временной параметр.

Рис. 7.4. Обобщенная модель социально-экономических и организационно-технических систем

На первый взгляд парадоксально, что технический прогресс, связанный с внедрением новых более эффективных средств выработки, преобразования, накопления различных видов энергии, промышленных и иных технологий и т.п., влечет за собой увеличение числа угроз и опасностей, количества ава­рий и катастроф. Вместе с тем это вполне объяснимо. Технический прогресс предполагает все более высокую степень упорядоченности во всех сферах дея­тельности, что ведет к уменьшению энтропийного фактора. Правда, в полном смысле это касается изолированных систем, т.е. систем не взаимодействую­щих с окружающей средой. Реальные же системы, о которых идет речь, не яв­ляются таковыми. Применительно к ним выводы о закономерностях измене­ния энтропии могут быть приняты со значительной долей погрешности.

Тем не менее есть все основания констатировать, что в реальных системах неизбежно происходит концентрация энергии того или иного вида в опреде­ленных структурных узлах производственных и иных объектов. Такого рода явление относится к процессу упорядоченности и образованию определенной топографии энергетических потенциалов. По мнению П.Г. Белова, в объек­тивном стремлении энергетических потенциалов к выравниванию заложена природа аварийности на хозяйственных объектах.

Реальные социально-экономические и организационно-технические сис­темы имеют внешние связи, обмениваются с окружающей средой материаль­ными субстанциями и энергией и являются по существу открытыми. В число этих внешних связей следует включать и те меры и действия, которые осуще­ствляются в интересах обеспечения безопасности рассматриваемой системы на более высоких иерархических уровнях управления.

В конечном счете обеспечение безопасности за счет собственных ресурсов системы, а также за счет внешних воздействий направлено на стабилизацию энтропийного фактора и энергетического поля, характерного для устойчивого состояния системы.

Моделирование структурных элементов предметной области управления радиационной и химической безопасностью, являющихся источниками опас­ности техногенного происхождения, сводится, как правило, к моделированию определенных процессов. Для промышленных и иных объектов, являющихся источниками радиационной и химической опасности, — это главным образом технологические и управленческие процессы, осуществляемые при функцио­нировании этих объектов.

В моделировании предметной области в сфере управления радиационной и химической безопасности важная роль отводится моделированию материа­льных систем и, в частности, материальных систем полиэрготехнического ха­рактера.

Как уже отмечалось ранее, такого рода системы отличаются наличием в своем составе разнородных организационных структур и многообразием тех­нических и инженерно-технических систем и средств.

К материальным организационно-техническим системам рассматриваемо­го вида нами отнесены: органы управления, координирования и контроля; формирования и группировки сил и средств, решающих задачи защиты насе­ления, территорий и обеспечения радиационной и химической безопасности; система комплексного мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуа­ций; автоматизированная информационно-управляющая система предупреж­дения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

В число такого рода систем также входят такие структуры, как Ростехнад-зор, занимающийся контрольно-профилактической деятельностью, органы декларирования и страхования безопасности и другие структуры, выполняю­щие важные задачи в интересах защиты населения и территорий от угроз и опасностей радиационного и химического характера.

Моделирование материальных систем полиэрготехнического характера, от­носящихся к предметной области управления радиационной и химической бе­зопасностью, может основываться на теории моделирования динамических систем, развитой в работах П.Г. Белова [90, 91].

Такого рода моделирование дает более широкие возможности для проведе­ния исследований, чем использование рассмотренной ранее обобщенной модели.

Динамическую модель исследуемых систем в общем виде можно предста­вить как полуоткрытый «черный ящик» (рис. 7.5.).

Выход: множество Y

Вход:

множество X

Рис. 7.5. Модель материальной системы, как динамической системы

На вход системы в общем случае поступает определенное множество вход-

m

ных элементов (данных воздействий на систему) X = ^X_k, на выходе систе-

k=1

мы образуется множество выходных элементов (результатов функционирова-

n

ния системы): Y = .

l=1

Система характеризуется оператором Е (Ч), осуществляющим необходи­мые преобразования входных элементов множества X в выходные элементы множества У Причем преобразования происходят с определенной результа­тивностью или эффективностью Ч, в зависимости от особенностей входных элементов и характера проводимых преобразований.

Например, Xk преобразуется в у с результативностью Ч^у. Ядро модели, обес­печивая преобразование, выдает результат в виде матрицы {ч} из элементов Ч^у, показывающих результативность каждого из отдельных преобразований.

Процессы поступления в систему входных элементов и выработки систе­мой выходных элементов в реальных условиях зависят от большого числа слу­чайных событий и носят статистический характер. Обозначим вероятность по­ступления входных элементов через P(Xk), а условную вероятность выработки выходных данных как P(Yj|Xk). Заметим, что речь идет об условной вероятно­сти P(Yj\Xk), т.к. выработка У1 может быть реализована при наличии на входе в систему X_k.

С учетом указанных выше соображений оператор динамической материа­льной системы выражается формулой:

= l4klP(Xk )P(Yj\Xk). (7.1)

k, l

Когда n = m, матрица {Ч} квадратная. При n < m считается, что отдельные входные элементы дублируют избыточные входные элементы, а ряд значений Ч _kl является функцией трех аргументов.

Таковы основные свойства обобщенной модели.

Для ее приложения к той или иной координатной системе важно правильно определить физический смысл входных и выходных элементов, а также техно­логию переработки данных ядром модели.

Например, входными элементами модели полиэрготехнической системы, представляющей собой некую организационно и функционально связанную совокупность органов управления, координации и контроля, могут быть:

— информация о возникших угрозах и опасностях радиационного и хими­ческого характера для населения и территорий, предпосылках для возникно­вения техногенных аварий и катастроф, о возникновении чрезвычайных ситу­аций;

• сведения о состоянии и степени готовности формирований и группиро­вок сил и средств, предназначенных для ликвидации последствий радиацион­ных и химических аварий;

• данные о наличии всех видов ресурсов для предупреждения и ликвида­ции чрезвычайных ситуаций;

• донесения о динамике ликвидации аварий и катастроф, о выдвижении сил, средств и доставке материальных ресурсов к месту проведения аварий­но-спасательных и других неотложных работ;

• своевременность, полнота и эффективность выполнения поставленных задач в управленческих решениях и т.п.

Выходными элементами в этом случае являются наиболее целесообразные решения по предупреждению опасных в радиационном и химическом отноше­нии аварий и катастроф, меры и действия по защите населения и территорий, адекватные обстановке (входной информации об обстановке), направления основных усилий по ликвидации чрезвычайных ситуаций и т.п.

Входные элементы системы комплексного мониторинга и прогнозирова­ния чрезвычайных ситуаций могут включать: данные источников первичной информации о радиационной и химической обстановке, состоянии окружаю­щей среды, источниках вредных воздействий на здоровье человека и т.п.

К числу выходных элементов такой системы относятся:

— результаты оценки и прогноза развития радиационной и химической об­становки;

— данные о влиянии этой обстановки на здоровье человека;

— предложения для принятия управленческих решений по защите населения и территорий от воздействия радиационных и химических факторов, а также нормализации возникшей в результате аварии (катастрофы) обстановки и т.п.

Система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, связан­ных с наличием опасностей радиационного и химического характера, отлича­ется большой сложностью и разветвленностью структур. В ее составе силы и средства, органы управления подсистемы РСЧС Росатома, Минобороны России, а также других федеральных органов исполнительной власти. Деятельность этих структур осуществляется при координирующей роли

МЧС России.

Рассматриваемая система отличается структурной сложностью и неодно­значностью управленческих связей. На наш взгляд, ее функционирование в полной мере вписывается в рамки динамической модели.

Однако в данном случае множества входных и выходных элементов матри­ца ядра модели {Ч} приобретает значительные размеры.

Возникают сложности и в определении оператора преобразования входных элементов в выходные.

Можно было бы привести примеры входных и выходных элементов, свой­ственных этой системе. Однако в этом нет необходимости. Во-первых, многие элементы будут аналогичны тем, которые указаны в предыдущих примерах.

Во-вторых, здесь в зависимости от решаемых задач моделированию может подлежать функционирование системы не в полном объеме, а лишь по опре­деленным направлениям. В этом случае состав и характер входных и выходных элементов будет соответствовать решаемой задаче.

Приведем некоторые соображения по моделированию систем концептуаль­ного характера. К такого рода системам в сфере управления радиационной и химической безопасностью следует отнести:

• принятую концепцию и методологию анализа, оценки и прогнозирова­ния техногенных, природных и экологических факторов риска для населения и территорий, имеющих радиационную и химическую природу;

• систему стратегий, а также превентивных и оперативных мер и действий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, связанных с нали­чием опасностей и воздействий радиационного и химического характера;

• систему взглядов, практических рекомендаций и процедур по управле­нию безопасностью и риском, обеспечению смягчения последствий аварий, катастроф и опасных природных явлений;

• кооперативное соглашение (энвайроментальный паритет) между регио­нами, субъектами Федерации и другими административно-хозяйственными образованиями (социально-экономическими системами) по защите населе­ния и территорий от общих источников радиационной и химической опасно­сти, а также другие документы научно-методического и нормативного харак­тера, содержащие концептуальные положения по тем или иным аспектам обеспечения защиты населения и территорий.

Моделирование такого рода систем состоит в структуризации указанных концепций и методологий, формализации и морфологическом описании их структурных элементов.

Это моделирование имеет целью представление концепций и методологий в удобном для анализа и практического использования виде. При моделирова­нии необходимо обеспечить адекватность модели концепциям и методологи­ям и возможность получения новых знаний в области исследуемых вопросов и проблем.

Коротко остановимся на концептуальной основе так называемого энвайро-ментального паритета.

Этот новый подход к распределению материальной ответственности за обеспечение безопасности в широком смысле, в том числе радиационной и химической безопасности, между определенными объектами (социально-экономическими системами того или иного уровня, природно-хозяйственны-ми образованиями и т.п.), являющимися реципиентами вредных воздействий от общего для них источника опасности, появился совершенно недавно.

В общем виде в отечественной литературе он описан в работе И.И. Кузьми­на, Н.А. Махутова, С.В. Хетагурова [69].

Суть концепции энвайроментального паритета применительно к рассмат­риваемым нами системам состоит в следующем.

Если общий для двух соседних социально-экономических систем источник техногенной, например, радиационной или химической опасности, располо­жен на территории социально-экономической системы (СЭС), для которой собственные расходы по снижению риска именно от этого источника не явля­ются приемлемыми с точки зрения достижения безопасности и могут даже привести к снижению ее общего уровня за счет этих расходов, то существуют условия кооперативного соглашения («энвайроментальный паритет»), кото­рые выгодны обоим социально-экономическим системам.

При этом существуют справедливые квоты вложений в меры безопасности от общего источника опасности, определяемые, исходя из стоимости продле­ния жизни, материальных ресурсов, численности населения этих СЭС.

Указанные квоты определяются из следующей системы уравнений:

$^a(Jb/N_b + J_A/N_A) = S{C_A — J_A/N_A), (7.2)

S^B(J_B/N_B + Ja/Na) = S(C_b — J_b/N_b), (7.3)

где: S — стоимость продления жизни (за год дополнительной жизни),

определяемая уровнем социально-экономического развития систем А и В;

Na, Nb — материальные ресурсы на душу населения в СЭС А и В соот­ветственно; Ca, Cb — численность населения;

S^A, S^b — стоимость продления жизни в СЭС А и В соответственно ис­ходя из затрат, направленных на снижение риска от общего источника опасности, т.е. стоимость продления жизни как функция затрат на снижение риска;

Ja, Jb — искомые затраты СЭС А и В на снижение риска от общего ис­точника опасности, расположенного на территории СЭС В.

В этих уравнениях индексом A обозначена более развитая социально-эко­номическая система, испытывающая трансграничное вредное воздействие от источника, расположенного на территории другой социально-экономиче­ской системы, обозначенной индексом В.

Необходимо иметь в виду, что обязательным условием в концепции энвай-роментального паритета является установление предельно допустимого уров­ня пограничного риска, который должен быть достаточно низким, чтобы не вызывать беспокойства у населения ни в СЭС А,нивСЭС В.