книги / Развитие теории анализа аварийной ситуации при хранении взрывчатыхз веществ
..pdfуправляющие решения ( utr5 , t1 =1,T пф ) , направленные на
1
предотвращение о-го инициирования, вызванного воздействием поражающих факторов взрыва, где T пф – общее количество управляющих решений, направленных на предотвращение о-го инициирования, вызванного воздействием поражающих факторов взрыва.
Модель процесса управления причинами возникновения инициирований боеприпасов и взрывчатых веществ представим в виде вектор-функции Ф от параметров состояния системы управления безопасностью в момент внешнего воздействия:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) = 0 , |
|
Ф(utr1 ,urr3 ,utr5 ,d ' , vs' |
, |
Ej |
(5.10) |
||||||||||
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
0 |
|
|
t0 =1,T то , w0 =1,T пф , r0 =1, Rрэ , о = 1,О' , s =1, N ,
где d ' – вектор множества компонентов системы рассредоточенной группы зарядов, на которые осуществляется воздейст-
вие; vs' – вектор множества инициирующих воздействий на РГЗ;
Ej0 – вектор неопределенных параметров внешних воздействий.
Вероятность возникновения j-ой аварийной ситуации от о-ых причин инициирования для z-ой РГЗ определяется:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pjz = f (Pjz ,uzj ) , j = 1, M z , о =1,Оz , |
(5.11) |
||||||||
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|||||||||
где uzj |
– вектор управляющих воздействий по ликвидации или |
||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
локализации о-ых причин инициирования, приводящих к j-ой аварийной ситуации ( j0 =1,J , где J – общее число управляю-
щих решений по локализации j-ой аварийной ситуации). Модель процесса управления безопасностью при возникно-
вении j-ой аварийной ситуации представим в виде векторфункции:
|
|
|
|
|
|
) = 0 , j0 = |
|
, s = |
|
|
|
Ф(uzj |
,d ' ,vs' , |
E j |
1,J |
1, N |
. |
(5.12) |
|||||
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
141 |
Зависимость вероятности инициирования от неопределенных факторов, от вероятностей возникновения и развития аварийных ситуации выразим в следующем виде:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pz |
= f (Pz (P' , P' , P' |
, u' |
)uz )) . |
(5.13) |
||||||||||
Еj |
|
j r1 r3 r5 |
0 |
|
j0 |
|
||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Очевидно, что в системе управления безопасностью РГЗ риск k-го вида возникновения аварийной ситуации для z-ой РГЗ
иее развитие по q-му сценарию зависят:
от значений вероятностей возникновения неопределен-
ных инициирующих параметров ( PЕz ) и соответствующих
j0
управляющих решений по ее предотвращению;
вероятности возникновения i-го инициирующего фактора в j-й ситуации (Fij' ) ;
вероятности того, что i-й фактор, возникший от j-й ситуации и развивающийся по q-му сценарию, приведет к k-му
виду риска (Еqijk ) ;
оперативных управляющих воздействий по недопущению развития j-й аварийной ситуации в z-й РГЗ, приводящей
кi-му фактору риска (uzji ) ;
оперативных управляющих воздействий, направленных на снижение риска и тяжести последствий аварии, развиваю-
щейся по q-му сценарию от j-го фактора риска (uzjq ) .
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
z |
|
Rkz |
= f (Pz |
, F ' |
, Еk |
|||||||
|
|
|
||||||||
, u ji , u jq ), |
||||||||||
jq |
|
Еj |
ij |
qij |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
j =1,M z , s =1, S , i =1, N , k =1, K , q =1,Q ,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
Rkz |
= f (Pz |
|
(Pz (P' , P' , P' , u' |
)uz |
)) F ' |
||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||
|
, u ji |
||||||||||||||||||
jq |
|
Еj |
0 |
|
j r1 r3 r5 0 |
|
j0 |
ij |
|
|
|
ji = 1, N u , iq =1,Qu ,
(5.14)
z
, u jq ,
(5.15)
где N u – общее количество управляющих решений, направленных на локализацию факторов риска в результате возникнове-
142
ния и развития j-й аварийной ситуации; Qu – количество управ-
ляющих решений, направленных на предотвращение развития аварии по q-му сценарию от i-го фактора.
Очевидно, что минимизация k-го вида риска Rkzjq в z-й РГЗ
достигается за счет правильного выбора вектора управляющих решений, направленных на снижение неопределенностей причин инициирования и их развитие в аварийные ситуации.
Вектор управляющих воздействий по предотвращению возникновения аварии z-й РГЗ и ее дальнейшего развития можно записать следующим образом [91]:
|
|
z |
|
|
|
|
|
z |
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(u )z = (u0' ,uzj |
,u jq ,u ji ), ji =1, N u ,iq =1,Qu ,о = 1, |
Оz , j0 |
=1,J .(5.16) |
|||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
Управляющие решения u0' ,uzj |
направлены на предотвраще- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ние аварийной ситуации. Эффективное управление в этом случае связано с постоянным мониторингом состояния РГЗ и прогнозированием возможных изменений.
Управляющие решения uzji связаны с недопущением рас-
пространения аварийной ситуации и снижением тяжести ее последствий.
Модель процесса управления безопасностью по предотвращению развитияаварийной ситуации в РГЗможно представить как:
Ф(uzji ,d ' , vs' , Еqijk , Fnqk , M ) = 0 , j =1,J , s =1, N , (5.17)
гдеFnqk – последствия воздействия поражающих факторов аварийного взрыва боеприпасов и ВВ, приводящих к k-м видам
ущерба (где n =1, N ' количество поражающих факторов для q-го сценария развития аварии); M – масса и свойства хранимых взрывчатых веществ и боеприпасов.
Модель процесса управления безопасностью по локализации распространения аварии:
z
Ф(u jq , Fnqk , M ,n,q,k) = 0 , j = 1,J , s =1, N , n =1, N ' . (5.18)
143
Обобщенную модель процесса управления безопасностью запишем в виде:
Ф( |
|
iz , |
d ' , |
|
vs' |
, |
Еqi |
, |
Fni |
) = 0 , j = |
|
, s = |
|
, |
|
u |
1,J |
1, N |
(5.19) |
где Fni – вектор n-ых поражающих факторов и негативных воз-
действий на РГЗ; Еqi – вектор неопределенных параметров по-
ражающих факторов.
Общий вектор управляющих решений по управлению безопасностью хранения РГЗ:
uz = z |
(ui )z , |
|
z U z . |
(5.20) |
u |
||||
i=1 |
|
|
|
|
Ущерб k-го вида, возникающий в результате аварии от j-й ситуации по q-му сценарию, зависящий от состояния системы на
момент возникновения аварии ( d ' , vs' , Еq ) от массы и свойств
взрывчатых веществ, типа хранимых боеприпасов, вида поражающих факторов, представим в виде выражения:
Yjqkz = f (d ' , vs' , Fnqk , M , Еq ) , s = 1, N , k = 1, K , q = 1,Q , j = 1,J .(5.21)
Формально задача управления безопасностью может быть сформулирована как задача минимизации ущербов k-го вида в результате взрыва боеприпаса (ВВ) в РГЗ при обеспечении допустимого или приемлемого видов риска:
|
|
|
|
|
|
|
|
uz = min[Yjqkz (d ' , vs' , Fnqk , M , Еq )] Ω , |
(5.22) |
где Ω – состояние системы боеприпасов при возникновении аварийной ситуации.
Минимизация ущерба от аварийной ситуации в общем случае достигается за счет принятия управленческих решений, обеспечивающих:
постоянный мониторинг состояния боеприпасов и взрывчатых веществ;
144
уменьшение количества неопределенных параметров внешних воздействий;
оптимизацию размещения хранимых взрывчатых веществ и боеприпасов;
уменьшение масштабов воздействий поражающих фак-
торов.
В общем случае система боеприпасов может иметь несколько последовательно развивающихся состояний:
Ω = Ω0z Ω1z Ω2z . |
(5.23) |
Состояние Ω0z соответствует отсутствию аварийных воз-
действий на РГЗ, управляющие решения направлены на мониторинг состояния боеприпасов, взрывчатых веществ и прилегающей территории.
Состояние Ω1z соответствует возникновению j-ой аварий-
ной ситуации от о-го инициирования в z-й группе боеприпасов. Управляющие решения направлены на минимизацию возможного ущерба за счет локализации аварии.
Состояние Ω2z предполагает развитие j-ой аварийной ситуа-
ции по q-му сценарию. Управляющие решения направлены на минимизацию возможного ущерба за счет локализации аварии и недопущение распространения аварии на всю РГЗ.
5.2. Логико-графические и логические модели анализа риска в рассредоточенной группе зарядов
Исследования в области математического обеспечения системы управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов предполагают выделение следующих направлений:
анализ и оценка риска хранения боеприпасов и взрывчатых веществ;
управление безопасностью хранения боеприпасов и взрывчатых веществ;
моделирование процессов, возникающих в ходе аварийных ситуаций.
145
Первое направление базируется на методологии анализа и оценки риска сложных систем, второе – на методологии ситуационного управления, методах искусственного интеллекта, системах поддержки принятия решений по управлению безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов. Третье направление определяется математическими моделями развития аварийной ситуации.
Применительно к рассредоточенной группе зарядов рассматриваются три класса моделей: логико-графические и логические – для анализа риска и управления безопасностью, а также вероятностные – для оценки риска.
В условиях массового хранения боеприпасов и ВВ каждая аварийная ситуация может развиваться по нескольким сценариям и представляет собой некоторую последовательность факторов риска. Для установления причинно-следственных связей между аварийными ситуациями, факторами риска и сценариями их развития предлагается логико-графическая модель развития аварии в РГЗ (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Логико-графическая модель развития аварии в рассредоточенной группе зарядов
146
В данной модели рассматриваются пять типовых ситуаций, соответствующих возможным сценариям развития аварии (Si):
S1 – полное разрушение хранилища в результате аварийного взрыва с возгоранием;
S2 – частичное разрушение хранилища в результате аварийного взрыва с возгоранием;
S3 – взрыв без разрушения с возгоранием;
S4 – инициирование отдельного боеприпаса без инициирования рядом хранящихся боеприпасов;
S5 – инициирование группы боеприпасов с диспергированием взрывчатого вещества.
Причинами возникновения аварийных ситуаций являются(Рj): Pj1 – нарушение режима эксплуатации боеприпасов;
Pj2 – воздействие поражающих факторов взрыва; Pj3 – террористические действия;
Pj4 – прочие причины (землетрясения, авиакатастрофы);
Pj5 – механическое воздействие на боеприпасы и ВВ (падения, удары, неисправность технологического оборудования).
Конечным событием в процессе анализа и оценки риска является величина вида риска. R1 – экологический риск; R2 – социальный риск; R3 – экономический риск.
При анализе риска и управления безопасностью все события, которые имеют место в процессе развития аварийной ситуации и приводят к какому-либо виду риска, могут рассматриваться как управляемые величины. При наступлении фактической аварии оценивается фактический риск, а при создании системы управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов необходимо оценивать возможный потенциальный риск [91].
Логическая модель представляет собой совокупность логических выражений, характеризующих последовательность развития аварии. Основные типичные выражения для анализа риска:
|
Si → (F1 F2 F3 F4 ), i =1, N – |
любая i-я аварийная |
ситуация может привести к одному из факторов риска; |
||
|
(S1 S2 S3 S4 S5 ) → Fj , j =1, M |
– любой j-й фактор |
риска может быть вызван одной из аварийных ситуаций;
147
Fj → (R1 R2 R3 ), j =1, М – некоторые из факторов риска могут привести к одному из видов риска;
R1 → R2 – возникновение экологического риска может
привести к социальному риску;
Si → (Fj Si−1 ) – отдельные аварийные ситуации могут
приводить как к факторам риска, так и к другим аварийным ситуациям.
Приведем логические модели анализа риска для каждого из сценариев возникновения и развития аварии.
Ситуация S1:
(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj 4 Pj5 ) → S1, S1 → (F1 (R1 R2 R3 ),
S1 → (F3 (R1 R3 ),
S1 → F1.
Ситуация S2:
(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj 4 Pj5 ) → S2 , S2 → F1,
S2 → (F1 (R1 R2 R3 ).
Ситуация S3:
(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) S4 → S3 , (Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) → S3 ,
S3 → F2 ,
S3 → (F2 R1 R3 ),
S3 → S4 (F2 R1 R3 ).
Ситуация S4:
(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) → S4 , S4 → F2 ,
S4 → (F2 R3 R1 ).
Ситуация S5:
(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) → S5 , S5 → F4 ,
148
S5 → (F4 R3 ) (F3 R1 R3 ),
S5 → (S4 F2 R3 ).
Таким образом, приведенные выражения описывают возможные сценарии возникновения и развития аварийной ситуации в условиях массового хранения боеприпасов и ВВ. В соответствии с логической моделью анализа риска формируются вероятностные модели оценки риска.
5.3. Структура автоматизированной системы управления безопасностью хранения типовых боеприпасов и взрывчатых веществ
Для повышения безопасности хранения боеприпасов и взрывчатых веществ в данной работе предлагается создать автоматизированную систему управления (АСУ) безопасностью хранения РГЗ с использованием современных методов управления, опирающихся на средства искусственного интеллекта. Для эффективного решения всего спектра задач обеспечения автоматизированного управления безопасностью РГЗ определены следующие функции моделируемой системы:
автоматизированный сбор информации о текущем состоянии РГЗ;
накопление, обработка и хранение данных, необходимых для поддержки принятия управленческих решений;
автоматизированный анализ сценариев развития аварии
вРГЗ на базе предложенных математических моделей;
автоматизированное формирование альтернативных сценариев управления для минимизации последствий аварии.
Выделим для АСУ безопасностью хранения РГЗ следующие принципы построения: системность, развитие, совместимость, стандартизация, эффективность.
Принцип системности заключается в том, что при декомпозиции должны быть установлены такие связи между структурными элементами РГЗ, которые обеспечивают целостность АС и ее взаимодействие с другими системами. Системный подход должен применяться при проектировании как объекта хранения боеприпасов, так и системы управления в процессе их
149
совместного функционирования. Принципы системного подхода должны проявляться при разработке всех видов обеспечения. В математическом обеспечении используется совокупность взаимосвязанных моделей для прогнозирования аварийных ситуаций. В программном обеспечении необходимо применять единообразную структуру построения, программную совместимость, использовать общие пакеты прикладных программ. В информационном обеспечении должна быть единая информационная база, единая система классификации.
Принцип развития заключается в том, что, исходя из перспектив развития объекта хранения боеприпасов, АС должна создаваться с учетом возможности пополнения и обновления функций и состава РГЗ без нарушения ее функционирования. Принцип предусматривает возможность ввода новых и совершенствования решаемых задач как при поэтапном вводе АСУ безопасностью хранения РГЗ в действие, так и при дальнейшем ее развитии, сохраняя при этом целостность и взаимосвязи между задачами. При разработке АСУ, для которой существуют аналоги, следует использовать опыт предыдущих разработок.
Принцип совместимости заключается в том, что при создании АСУ безопасностью хранения РГЗ должны быть реализованы информационные интерфейсы, благодаря которым она может взаимодействовать с другими системами в соответствии с установленными правилами. Совместимость АС включает техническую, программную, информационную, организационную и другие составляющие.
Принцип стандартизации заключается в том, что при создании АСУ безопасностью хранения РГЗ могут быть применены типовые, унифицированные и стандартизованные элементы, проектные решения, пакеты прикладных программ. Уровень типизации может быть различным: от уровня подсистем и выполняемых ими функций до типовых программ решения специальных задач.
Принцип эффективности заключается в достижении рационального соотношения между затратами на создание АСУ безопасностью хранения РГЗ и поставленными целями, включая
150