Глава 15. Моделирование и системный анализ процесса

поддержания требуемого уровня безопасности 434

1. Общие принципы поддержания требуемого уровня безопасности 434

2. Модели и методы поддержания готовности персонала

к обеспечению безопасности 438

3. Модели и методы оптимизации контрольно- профилактической работы по предупреждению происшествий 447

4. Модели и методы поддержания безопасности особо ответственных работ 461

Контрольные вопросы 468

Заключение 469

Приложения 472

1. Справочные данные о безошибочности и быстродействии

среднестатистического оператора 472

2. Справочные данные о показателях безотказности

технологического оборудования 478

3. Справочные данные о булевых событиях и преобразованиях,

действиях с нечеткими величинами, статистических распределениях и производящих функциях моментов 482

4. Справочные данные о вредных веществах и параметрах,

влияющих на рассеяние в атмосфере 485

5. Модели полей концентрации вредных веществ 491

6. Справочные данные о характере поражения человека

и свойствах некоторых материалов 495

7. Краткая характеристика экспертной системы оценки

техногенного риска типа «HAZARD» 497

Список литературы 504

ОТ АВТОРА

Переход к новым хозяйственным механизмам развития всех ехнологических и производственных процессов невозможен без юлного применения достижений научно-технического прогрес-1, эффективного использования ресурсов, снижения ущерба от ^аварийности и травматизма. Решение этой грандиозной задачи | требует также научно обоснованных подходов к анализу и синтезу |всех без исключения отраслей промышленности, сельского хо­зяйства, транспорта и энергетики. В то же время дальнейшее по­вышение энерговооруженности общества, применение новых тех-тологий и материалов ведут к побочным издержкам с серьезным |моральным и материальным ущербом.

Системный анализ и моделирование основных процессов в |биосфере вообще и в техносфере в частности особенно актуаль­ны на нынешнем этапе развития производительных сил, когда ; из-за трудно предсказуемых последствий соответствующих вред-' ных эффектов поставлено под сомнение само существование че-| ловека. Рассматриваемые в настоящей книге вопросы важны для I решения данной проблемы, в том числе по причине прошедших •катастроф, которые стали следствием обострения противоречий |между новыми средствами производства и традиционными спо-I собами их использования. Все это свидетельствует о необходимо­сти пересмотра существующих представлений и основанных на |них методов организации и обеспечения безопасности произ­водства.

Как показывают статистические данные, за последние 20 лет ^произошло 56 % (только в 80-е гг. — 33 %) от общего количества ■ наиболее крупных происшествий в промышленности и на транс­торте. Если с 1970 по 1988 г. было зафиксировано 14 природных и i; техногенных катастроф с ущербом более 1 млрд долл., то в пери­од 1989-1999 гг. - уже 32, а в 1999 г. - 7.

Особенно остро обозначенная проблема стоит в нашей стране, поскольку уровень безопасности проведения производственных процессов в 5—10 раз ниже зарубежного. Пожарная безопасность наших морских судов почти в 10 раз ниже мирового уровня, воз­душных перевозок — в 8 раз ниже аналогичных показателей веду­щих в этой отрасли государств, автомобильного транспорта — ; уступает зарубежному уровню примерно на два порядка или по­чти в 5 раз (в пересчете на один автомобиль).

Сложившаяся кризисная обстановка в вопросах аварийности и травматизма объясняется не только низкой культурой безопасно­сти и технологической недисциплинированностью людей, но и конструктивным несовершенством и большим износом использу­емого промышленного и транспортного оборудования. Считается, что лишь б % выпускаемой продукции полностью соответствует существующим требованиям к безопасности. Определенный отри­цательный «вклад» в эту проблему внесло совершенно неудовлет­ворительное научное и образовательное обеспечение ее решения.

Несмотря на привлекаемые к теоретическому изучению про­блем безопасности крупные средства, до сих пор не завершена разработка общей теории безопасности и таких ее важных сфер, как теория национальной и производственно-экологической без­опасности. Следствием этого стали отсутствие соответствующих научных школ, дефицит высококлассных профессионалов в науке и образовании, а также непринятие реальных мер по предупреж­дению техногенных катастроф.

Проводимые в нашей стране исследования по проблемам рис­ка и производственной безопасности страдают из-за ведомствен­ных барьеров, отсутствия единой, скоординированной методоло­гии. Использование разных методик и критериев ведет к неопти­мальным решениям, большим экономическим издержкам и не­избежному в таких случаях риску крупных аварий. С учеными со­лидарны и крупнейшие специалисты в области надежности слож­ных систем, которые указывают, что именно наличие теорети­ческих, методологических разработок, созданных на их основе инженерных методов позволит разработать меры по обеспечению безопасности еще на этапе их проектирования.

Несомненно, что проблема предупреждения происшествий имеет особую актуальность в атомной энергетике, химической про­мышленности, при эксплуатации вооружения и военной техни­ки, оснащенных мощными источниками энергии, высокотоксич­ными и агрессивными веществами. Недооценка указанных факто­ров приводит к гибели людей, выводу из строя оборудования, загрязнению окружающей среды вредными веществами. Предуп­реждение подобных происшествий и снижение ущерба от них тре­буют целенаправленной работы по изучению обстоятельств их появления, использованию методов системного анализа и моде­лирования потенциально опасных процессов в техносфере.

Краткий обзор техногенных катастроф подтверждает значимость рассматриваемой проблемы для перечисленных сфер деятельно­сти человека. Оказывается, что впервые требования к конструк­тивным критериям надежности и безопасности оборудования са­молетов были установлены по результатам обработки статисти­ческих данных в авиации. Первый опыт использования математи­ческих моделей изменения надежности был накоплен в процессе

отработки ракет ФАУ-1, после того как 10 из них взорвались на ..старте или упали в пролив Ла-Манш. Исследование этих моделей позволило отказаться от бытующего мнения о том, что «проч­ность цепи не слабее прочности худшего звена».

Именно при оценке надежности и безопасности эксплуатации ■ бомбардировщиков Б-52 впервые была обоснована необходимость ; учета их отказов, в том числе по вине ошибочных действий летчи-' ков. Наконец, именно взрывы межконтинентальных баллистичес­ких ракет в США, опасные инциденты и происшествия на атом-

* ных электростанциях потребовали серьезных теоретических иссле­ дований и при освоении космического пространства, привели к

* появлению количественных методов анализа и оценки безопасно- "•«ти, основанных на построении структурных схем надежности и ;--Чдерева происшествий».

i/' Приведенные факты, а также непрекращающиеся крупные тех­ногенные катастрофы свидетельствуют о чрезвычайной актуаль­ности обозначенной здесь проблемы. Это указывает на необходи­мость дальнейших исследований в области безопасности и систе-.„шатизации уже известных результатов для совершенствования си-^'стемы просвещения всей нации и подготовки высококлассных «/профессионалов с высшим образованием, специализирующихся

-^tei конкретных аспектах обеспечения безопасности жизнедеятель-

';•; ности.

*!; Отличительной особенностью предлагаемого учебного пособия

Ш"^ся _{ТО; что в нем} заложены методологические основы сис-много исследования и совершенствования производственно-эко->гической безопасности, а также обоснованы возможности реа-Шации программно-целевого подхода к ее обеспечению. Форму-уемые принципы базируются на единой энергоэнтропийной цепции и классификации объективно существующих опасно-i, а также на закономерностях возникновения и предупрежде-%Шяя техногенных происшествий. При этом безопасность интерпре-'^Яцэуется как свойство систем «человек—машина—среда» сохра-';-'МЯТь при функционировании в заданных условиях такое состоя-vMHe, при котором с достаточно высокой вероятностью исключа-*- ется возникновение происшествий.

.""■V

Данное учебное пособие состоит из четырех частей и приложе-¹<ния. Основное внимание в его первой части уделено обоснованию .,, методологии системного анализа и системного синтеза процессов tJ» техносфере, с акцентом на обеспечение их безопасности. Обстоя-Л тельному описанию данной методологии предшествует рассмот-|рение основных принципов общей теории систем и системной амики, а также сущности противоречий и причин, породив-;Щих проблему аварийности и травматизма в техносфере. Это по-.Зволило сформулировать энергоэнтропийную концепцию и уточ-*~ базовые категории, принципы и методы как системного ана-

лиза и моделирования исследуемых процессов, так и системного синтеза мероприятий по повышению их безопасности.

Во второй части учебного пособия рассматриваются наиболее общие модели и методы системного анализа процесса появления техногенных происшествий. В качестве основного научного метода здесь используется системная инженерия, а аппарата — модели­рование процесса возникновения и предупреждения причинной цепи происшествия в системе «человек—машина». Данный про­цесс представляется диаграммами причинно-следственных связей (графами, деревьями, сетями), воспроизводящими появление от­дельных предпосылок (ошибок человека, отказов техники и не­благоприятных для них внешних воздействий) и перерастание их в причинную цепь такого происшествия.

Факторами, учитываемыми при моделировании, являются по­казатели психофизиологической пригодности персонала, эргоно-мичности и надежности технологического оборудования, комфор­тности условий рабочей среды, структуры, трудоемкости и совер­шенства технологии работ, включающих организационно-техни­ческие мероприятия по обеспечению безопасности людей и за­щите окружающей среды от вредных веществ.

Третья часть учебного пособия раскрывает базовые принципы системного анализа и моделирования процесса причинения тех­ногенного ущерба людским, материальным и природным ресур­сам по причине появления соответствующих происшествий. Струк­тура этой части также предопределена энергоэнтропийной кон­цепцией, рассматривающей происшествие как нежелательный выб­рос тех видов энергии (вредного вещества), которые были накоп­лены в технологических объектах, а причинение техногенного ущерба — как аварийное истечение, распространение, трансфор­мацию и разрушительное воздействие соответствующих потоков на упомянутые выше ресурсы.

В качестве основных моделей и методов прогнозирования тех­ногенного ущерба используются зависимости «доза—эффект», предназначенные для априорной оценки характера и степени при­чинения ущерба конкретным объектам, а также зависимости «про­бит- и эрфик-функции», позволяющие спрогнозировать вероят­ности соответствующих нежелательных событий. Естественно, что данный исследовательский инструментарий базируется на сово­купности дополнительных моделей и методов, необходимых для расчета зон возможного разрушительного распространения пото­ков энергии и/или полей концентрации в них вредного вещества.

В четвертой части учебного пособия рассматриваются вопросы системного анализа и моделирования процессов управления предупреждением техногенных происшествий и/или снижением ущерба от них в случае появления. При этом в качестве основного специального научного метода выбрано программно-целевое пла-

нирование и управление производственно-экологической безопас­ностью, а аппарата — математическая теория организации и ис-; ,-.' следование операций. Данный подход предполагает необходимость "'" реализации в двух этапах (стратегическое планирование и опера-"'тивное управление) и решения четырех задач, связанных с нор-• мированием, обеспечением, поддержанием и контролем соответ­ствующих количественных показателей.

Решение обозначенных задач предлагается осуществлять на всех без исключения этапах жизненного цикла конкретного производ­ственного и транспортного объекта путем воздействия на компо­ненты соответствующих систем «человек—машина». Здесь также ' устанавливается последовательность обоснования, обеспечения, контроля и поддержания оптимальных значений выбранных ко-У^ичественных показателей безопасности при разработке техниче-Удавс требований, проектировании, изготовлении и эксплуатации ■^технологического оборудования, обучении персонала мерам без­опасности, создания должной рабочей среды и оснащении ее сред­ствами защиты работающих.

В приложении содержатся фактические и справочные данные, необходимые для практического использования предложенных . ■ моделей, методов системного анализа и синтеза безопасности рас­сматриваемых здесь процессов.

При изложении материала используется формальный аппарат диаграмм влияния и математической теории организаций. Конст­руктивность предложенных моделей и методов системного анали­за опасных технологических процессов и синтеза их производствен­но-экологической безопасности иллюстрируется примерами из различных отраслей производства и транспорта. Работоспособность моделей и основанных на них методик подтверждается соответ­ствующими расчетами.

Глубокую признательность хочу выразить моим коллегам, критические замечания которых помогли мне в работе над книгой. Особая благодарность заслуженному деятелю науки РФ, доктору тех-. нических наук, профессору В.С.Зарубину, кандидату технических - наук, доценту И. В. Переездчикову и сотруднику Института хими­ческой физики РАН С. И. Шумскому за ценные советы и помощь в подготовке рукописи, а также уважаемым рецензентам — заслужен-'■ ным деятелям науки РФ, докторам технических наук, профессорам В.Г.Горскому и Б.С.Мастрюкову, доктору физико-математичес­ких наук, профессору Г. Г. Малинецкому.

Выражаю также благодарность кандидату технических наук

А. И. Гражданкину и магистру А. А. Федорову за материалы прил. 7,

' которые были подготовлены с их участием. Буду признателен за

■ ■ все замечания и предложения по совершенствованию учебного

пособия, которые прошу направлять в адрес издательства или по

• электронной почте: SAFSEC@MAIL.RU.