WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Белов Петр Григорьевич

Теоретические основы менеджмента техногенного риска

05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность

(по химической технологии)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Буйновский Станислав Николаевич,

доктор технических наук, профессор

Радаев Николай Николаевич,

доктор технических наук 

Швецова-Шиловская Татьяна Николаевна.

Ведущая организация Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва

Защита состоится 24 октября 2007  в 12 часов 30 минут

на заседании диссертационного совета Д 417.001.01 при
ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» по адресу: 105066, г. Москва,
ул. А. Лукьянова, д.4, корп.8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность».

Автореферат разослан «21» сентября 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета                        Колесникова Е.М.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1.

Актуальность работы. За последнюю четверть ХХ века зарегистрировано более 60%, а в 80-е годы – 33% от самых крупных происшествий прошлого столетия. При этом ущерб от аварийности, травматизма и профессиональной заболеваемости на производстве достигал 7-10% валового национального продукта промышленно развитых государств, а экологическое загрязнение и несовершенная техника безопасности явились причиной преждевременной смерти примерно 20-30% мужчин и 10-20% женщин. Что касается промышленного сектора, то особенно негативное воздействие на людей и природу дают химическая и смежные с ней отрасли промышленности России. Например, на их опасных производственных объектах (ОПО) ныне зарегистрирован самый высокий риск гибели людей в несчастных случаях.

Несмотря на существенный вклад исследований Баратова А.Н., Бесчастнова М.В., Брушлинского Н.Н., Горского В.Г., Егорова А.Ф., Едигарова А.С., Елохина А.Н., Измалкова В.И., Кафарова В.В., Легасова В.А., Махутова Н.А., Мешалкина В.П., Муромцева Ю.Л., Можаева А.С., Палюха Б.В., Потехина Г.С., Рябинина И.А., Сафонова В.С., Тарасовой Н.П., Швецовой-Шиловской Т.Н., Cramer J.J., Greenberg H.R. и других ученых, проводимая в этих отраслях научная работа пока не привела к созданию единой методологии обеспечения безопасности их ОПО, а организация обеспечения охраны труда, промышленной и экологической безопасности страдает из-за ведомственных барьеров. Как итог – сегодня там отсутствуют не только методики обоснования, обеспечения, контроля и поддержания социально-приемлемого техногенного риска, но также общепринятые количественные показатели и критерии его оценки.

1.2. Цель, объект, предмет и задачи исследования. Исходя из вышеизложенного, цель диссертационной работы заключалась в разработке теоретических основ менеджмента техногенного риска (МТР) на ОПО химической отрасли – как новой информационной технологии управления процессом обеспечения их производственно-экологической безопасности (ПЭБ) на основе концепции социально-приемлемого техногенного риска. В качестве объекта исследования выбрана система «администрация ОПО - его химико-технологические установки», интерпретируемые как организационная и человекомашинная системы (ЧМС), а предмета – объективные закономерности прогнозирования и регулирования техногенного риска администрацией этих ОПО. Основными задачами диссертационного исследования явились:

1. Разработка методологических основ МТР на ОПО химической и смежных с нею отраслей промышленности. При этом решаемые их администрацией задачи были разделены на две группы: а) прогнозирование показателей техногенного риска химико-технологических установок (ХТУ), б) его регулирование для поддержания приемлемого для нее уровня ПЭБ.

2. Обоснование состава моделей и методов, наиболее пригодных для прогнозирования таких количественных параметров риска, как а) мера возможности появления в ХТУ аварийных происшествий, б) мера результата (размер ущерба и время до) проявления техногенного риска в форме аварийных и иных вредных выбросов части обращающегося в ХТУ энергозапаса.

3. Разработка методологии программно-целевого регулирования техногенного риска (ПЦРТР) на ОПО химической отрасли, реализуемой на стадиях 1) стратегического планирования и 2) оперативного управления путем постановки и решения следующих четырех задач: а) обоснование, б) обеспечение, в) контроль и д) поддержание приемлемой для администрации ОПО вероятности появления в ХТУ техногенных происшествий конкретного типа.

4. Проведение ситуационных исследований для апробации и обоснования области предпочтительного применения моделей и методов, рекомендуемых для системного прогнозирования и регулирования техногенного риска, а также формулирование и верификация основанных на них методик, пригодных для постановки и решения соответствующих задач МТР.

1.3. Научная новизна. Сопоставление известных и полученных в диссертации результатов позволяет утверждать об оригинальности следующих ее положений:

1. Концептуально-методологические основы МТР – а) энергоэнтропийная концепция (ЭЭК) и классификация объективно существующих опасностей; б) определения базовых категорий: производственно-экологическая безопасность, техногенный риск, менеджмент техногенного риска, его объект, этапы и задачи; в) наиболее общие принципы и методы МТР; г) концепция системы МТР: структура, цель, задачи, показатели и критерии оценки.

2. Методология прогнозирования техногенного риска на ОПО: а) обобщенная структура данного процесса; б) универсальный подход к прогнозированию риска техногенных происшествий на основе единого класса моделей типа «диаграмма причинно-следственных связей» (ДПСС); в) универсальный подход к прогнозированию техногенного ущерба путем четырехступенчатой декомпозиции процесса его причинения; г) состав и области предпочтительного использования конкретных моделей и методов прогнозирования риска; д) процедура качественного и количественного анализа выбранных моделей с целью выявления закономерностей проявления риска и оценки его параметров; ж) совокупность оригинальных моделей появления происшествий типа «дерево», «потоковый граф» и «сеть стохастической структуры», пригодных для прогноза и снижения техногенного риска при функционировании ХТУ.

3. Методология программно-целевого регулирования техногенного риска администрацией ОПО: а) концепция программно-целевого подхода к снижению такого риска до приемлемого для нее уровня; б) состав и постановка задач, решаемых при стратегическом планировании и оперативном управлении данным процессом с целью обоснования, обеспечения, контроля и поддержания приемлемой вероятности происшествий на ОПО; г) технология и результаты решения новыми и известными способами всех этих задач при проектировании и изготовлении ХТУ, отборе и подготовке эксплуатирующего их персонала; д) организация статистического оценивания и поддержания приемлемого техногенного риска обучением и оснащением персонала средствами защиты; е) технология оценки и оптимизации контрольно-профилактических мероприятий по снижению и перераспределению техногенного риска, с учетом страхования.

1.4. Особую практическую ценность теоретических основ МТР на ОПО представляют:

а) методология системного прогнозирования и регулирования техногенного риска администрацией ОПО, представляющая базис такой новой информационной технологии, которая использует современные математические и машинные методы для априорной оценки и оперативной разработки мероприятий, позволяющих снизить до приемлемого уровня техногенный ущерб от аварийных и иных вредных выбросов накопленного там энергозапаса;

б) технология обоснования, контроля, обеспечения и поддержания приемлемых для администрации ОПО параметров техногенного риска, позволяющая усовершенствовать оперативное управление разработкой и реализацией там таких целевых программ, которые направлены на повышение уровня безопасности наиболее ответственных технологических процессов;

в) способы снижения параметров техногенного риска за счет совершенствования профотбора и обучения персонала ОПО, количественной оценки параметров средств защиты и вредности рабочей среды, оптимизации контрольно-профилактической работы и перераспределения риска путем страхования, позволяющие не только уменьшить число и тяжесть техногенных происшествий, но и улучшить технико-экономические показатели промышленного производства;

г) возможность интеграции МТР в общий менеджмент администрации ОПО, позволяющая консолидировать ее ныне разобщенные усилия по обеспечению пожарной, промышленной и экологической безопасности, гражданской защите, охране труда и предупреждению чрезвычайных ситуаций, что обеспечит не только сокращение численности занятого этим персонала и экономию соответствующих средств, но и снижение возможного техногенного ущерба.

1.5. Апробация и реализация результатов. Основные положения диссертации прошли апробацию в Государственной научно-технической программе "Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф", а также в публикациях и выступлениях на следующих научно-практических форумах:

  1. Международные, всесоюзные и федеральные симпозиумы,

научно-практические конференции и семинары (школы-семинары):

1. "Проектирование, оценка и оптимизация функционирования систем "человек-техника" – г. Севастополь, ноябрь 1983, апрель 1984 и 1985, сентябрь 1988 и 1989 г. 2. "Эргономика и эффективность систем "человек-техника" – г. Игналина, Литовской ССР, июнь 1985 г. 3. "Эффективность, надежность и качество систем "человек-техника" – г. Тбилиси, сентябрь 1987 г. 4. "Автоматизация научных исследований, эргономического проектирования и испытаний человекомашинных систем" – г. Ленинград, ноябрь 1988 г. 5. "Применение ЭВМ в охране труда" – г. Херсон, сентябрь 1988 г. 6. "Охрана труда и производственной среды на предприятиях г. Москвы" – г. Москва, сентябрь 1992 г. 7. "Безопасность и риск: предупреждение индустриального риска" – г. Москва, апрель 1991 и сентябрь 1992 г. 8. "Экологическое образование и воспитание" – г. Москва, июнь 1998 г. 9. "АВИА-99" – Киев, октябрь 1999 г. 10. «Моделирование и анализ безопасности, риска и качества сложных систем» – Санкт-Петербург, июнь 2001 и июль 2002 г. 11. «Надежность и качество функционирования систем» – г. Москва, сентябрь 1994 и 1998 г., июнь 2000 г., октябрь 2005 г., январь 2007 г. 12. «Актуальные проблемы гражданской защиты» – г. Москва, апрель 2006 г. 13. «Металл оборудования ТЭС. Проблемы и перспективы» – г. Москва, октябрь 2006 г. 14. «Безопасность движения поездов» – г. Москва, октябрь 2006 г. 15. «Анализ и регулирование риска в теплоэнергетике» – г. Москва, декабрь 2006 г. 16. «Управление безопасностью сложных систем» – г. Москва, декабрь 2006 г. 17. «Техногенные катастрофы и проблемы безопасности» – г. Москва, апрель 2007 г. 18. «Образовательная область «Безопасность жизнедеятельности» – г. Москва, май 2007 г.

  1. Координационные научно-методические советы,

научно-технические семинары, заседания постоянно-действующих рабочих групп и кафедр

1. Главное управление МО СССР – июнь 1986 г. 2. Головной НИИ МО СССР – май 1987 г. 3. Военная академия им. Ф.Э. Дзержинского – декабрь 1986, март и ноябрь 1987 г., февраль и март 1989, февраль 1990 г. 4. Московский институт народного хозяйства им. Г.В. Плеханова – июнь 1991 г. 5. Институт проблем безопасного развития атомной энергетики АН СССР – март, июль 1991 г. 6. Всесоюзный НИИ системных исследований АН СССР – май 1991 г. 7. Всесоюзный НИИ эксплуатации атомных электростанций – март 1991 г. 8. Верховный совет Российской федерации – март 1992 г. 9. Институт машиноведения АН СССР (РАН) – апрель 1991, февраль 1994, ноябрь 2005 г. 10. Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова – май 1991 г. 11. Академия гражданской защиты МЧС РФ – апрель 1998 г. 12. Академия труда и социальных отношений ВЦСПС (АТиСО) – июнь 1991 и май 2000 г. 13. Московский инженерно-физический институт – февраль 1992 и ноябрь 1998 г. 14. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана – ноябрь 1993, ноябрь 1996, январь 1998, февраль и апрель 2001 г., май 2007 г. 15. Научно-технический центр «Промышленная безопасность» при Госгортехнадзоре Российской федерации – ноябрь 2003 г. 16. Политехнический музей – январь 1998 г. 17. Рабочая группа по риску и безопасности при Президенте РАН – июль 2000 г. 18. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева – ноябрь 2003 г. 19. Государственная Дума и Совет Федерации Федерального собрания РФ – ноябрь 1996, сентябрь и ноябрь 2000, апрель и май 2001, июнь и октябрь 2002, май 2004 и январь 2005 г. 20. Центр стратегических исследований МЧС РФ – апрель 2002, ноябрь 2003, ноябрь 2004, октябрь 2005, апрель 2006 и 2007 г. 21. Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт – март 2006 г. 22. Институт проблем управления РАН – декабрь 2006 г. 

Полученные автором результаты по теме диссертации опубликованы в более 100 научных трудах, и реализованы при а) разработке «Методических указаний по проведению анализа риска ОПО» (РД 03-418-01), стандарта РАО ЕЭС «Тепловые электрические станции. Методика оценки состояния основного оборудования», «Методического руководства по оценке риска ООО «Уральская сталь», «Специальных технических условий проектирования «Анализ риска ОПО проекта Сахалин-II», «Методических рекомендаций по снижению и перераспределению социально-экономического ущерба от аварий и несчастных случаев на железнодорожном транспорте»; б) организации и обеспечении учебно-воспитательного процесса со студентами вузов, обучающимися по специальности «Безопасность жизнедеятельности в техносфере».

1.6. На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

а) методологические основы МТР, включающие ЭЭК и классификацию объективно существующих опасностей, базовые принципы снижения обусловленного ими техногенного риска на ОПО, концепцию системы МТР на предприятиях химической и в смежных с ней отраслях промышленности: объект и структуру, цель и задачи, показатели и критерии оценки качества;

б) методология прогнозирования вероятности появления техногенных происшествий на ОПО, содержащая совокупность рекомендаций по а) моделированию процесса их возникновения с помощью ДПСС, б) системному (качественному и количественному) анализу данных графических моделей и соответствующих им – аналитических и алгоритмических, в) созданию основанных на них методик её априорной оценки и уточнению сфер их применимости;

в) методология прогнозирования техногенного ущерба от аварийных и иных выбросов энергии или вредного вещества ОПО, декомпозирующая соответствующий процесс на четыре типовых этапа (расконсервация, трансляция, трансформация, адсорбция их энергозапаса) и регламентирующая порядок априорной и апостериорной оценке учитываемых параметров;

г) методология программно-целевого регулирования техногенного риска, реализуемая администрацией ОПО в рамках соответствующего менеджмента: а) на этапах стратегического планирования и оперативного управления; б) путем обоснования, обеспечения, контроля и поддержания приемлемой для нее вероятности конкретных техногенных происшествий;

д) совокупность моделей и методов, предлагаемых для решения таких важных задач МТР на ОПО химической и смежных с нею отраслях промышленности, как идентификация источников техногенного риска, прогнозирование, нормирование и статистический контроль его параметров, оценка  и оптимизация мероприятий по их поддержанию на приемлемом уровне.

1.7. Структура диссертации включает четыре части, введение, заключение и приложение. В первой части изложены методологические основы МТР; во второй и третьей – методы априорной и апостериорной оценки мер возможности и результата проявления техногенного риска в форме аварийных и иных вредных выбросов ОПО; в четвертой – методология программно-целевого регулирования показателей техногенного риска. В приложении приведены справочные данные и дано описание экспертной системы, решающей задачи МТР.

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В диссертации изложены основы методологии и технологии прогнозирования и программно-целевого регулирования техногенного риска, базирующиеся на энергоэнтропийной концепции.

2.1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  МЕНЕДЖМЕНТА ТЕХНОГЕННОГО РИСКА

2.1.1. Причины и факторы аварийности и травматизма. Главную опасность ОПО химической и смежных отраслей промышленности представляют аварийные и иные выбросы части обращающихся там запасов энергии и ВВ. При этом появление аварийных выбросов можно интерпретировать потоками случайных редких событий, вызванных причинной цепью предпосылок (ПЦП) – ошибками людей, отказами техники и/или нерасчетными внешними воздействиями. Способствующие им факторы – низкие надежность и эргономичность технологического оборудования ОПО, технологическая недисциплинированность и неверные действия их персонала в нестандартных ситуациях, некачественная организация труда и дискомфортность рабочей среды. К косвенным факторам относятся также отсутствие единой методологии предупреждения и снижения тяжести техногенных происшествий, обособленность работ по охране труда, обеспечению промышленной и экологической безопасности.

2.1.2. Энергоэнтропийная концепция и классификация объективно существующих опасностей. Решение проблемы потребовало уточнения представлений о природе аварийности и травматизма, позволяющих обосновать объект и методы соответствующей деятельности. Исходя из этого, в работе сформулирована ЭЭК, сущность которой состоит в следующем:

1. Эксплуатация ОПО потенциально опасна, так как связана с проведением технологических процессов, а последние – с энергопотреблением и использованием вредных или аварийно химически опасных веществ (АХОВ).

2. Опасность проявляется в результате несанкционированного или неуправляемого выхода энергии, накопленной в технологическом оборудовании, вредных веществах (ВВ), непосредственно в самих работающих или во внешней относительно людей и техники среде.

3. Внезапный выход накопленного на ОПО запаса энергии или ВВ может сопровождаться техногенными происшествиями с гибелью или травмированием людей, повреждениями оборудования и загрязнением окружающей природной среды.

4. Такие происшествия вызваны цепями предпосылок, приводящими к потере управления технологическим процессом, нежелательному выбросу используемых в нем энергии или ВВ, их воздействию на людей, оборудование и объекты окружающей  среды.

5. Инициаторами и звеньями ПЦП являются ошибочные и несанкционированные действия людей, неисправности и отказы технологического оборудования, а также нерасчетные воздействия на них извне.

Правомерность ЭЭК обусловлена эмпирическим характером и непротиворечивостью ее утверждений законам природы, в частности – объективному стремлению энтропии систем к самопроизвольному росту, что следует из II начала термодинамики. Это касается не только производственной деятельности, связанной с противодействием такому росту, но и интеллектуальной, направленной на уменьшение энтропии (на сей раз – не в термодинамическом, а в информационном смысле), а потому и способной ухудшить состояние здоровья людей.

Основой для деления объективно существующих опасностей выбрана неадекватность свойств/параметров движущейся материи потребностям материального объекта, что позволило выявить следующие три базовых класса: 1) антропогенно-социальные, обусловленные случайным или умышленным искажением информации людьми; 2) природно-экологические, вызванные нарушением естественных циклов миграции вещества, в том числе и в результате стихийных бедствий; 2) техногенно-производственные, связанные с возможностью нежелательных выбросов энергии, накопленной в созданных людьми технологических объектах.

2.1.3. Базовые категории и принципы МТР. В соответствии с принятой концепцией, осуществление МТР предполагает а) субъект – администрацию ОПО, представляющую собой организацию (организационную систему), предназначенную для идентификации источников техногенного риска с целью прогнозирования и регулирования его параметров, б) объект – ХТУ, имеющиеся в составе ОПО и представляющие собой основные источники риска.

В общем случае и объект, и субъект МТР могут интерпретироваться системами "человек-машина-среда" (ЧМС), что обусловлено следующим: а) каждая такая система включает в себя источник опасности и потенциальную жертву; б) функционирование ЧМС есть эксплуатация персоналом администрации или ХТУ технологического оборудования ОПО в определенной рабочей среде (безлюдные и не использующие технику процессы – частный случай); в) в ЧМС содержатся носители всех типов предпосылок к происшествиям: человек – ошибок, машина – отказов, рабочая среда – неблагоприятных для них внешних воздействий.

Модель ЧМС (рис. 2.1) включает человека (Ч), машину (М), рабочую среду (С), взаимодействующих между собой по установленной технологии (Т). Их связи изображены стрелками: I(t) – входные воздействия, E(t) – выходные; а граница ЧМС – квадратом. Под "человеком" подразумевается персонал  администрации или ХТУ; "машиной" – их технологическое оборудование; "рабочей средой" – пространство ОПО, в котором они функционируют; "технологией" – совокупность приемов, используемых для изменения предмета труда и включающих мероприятия по обеспечению его безопасности; внешней среды – то, что не входит в ЧМС, но может влиять на ее функционирование или изменяться из-за него.

В последующем используются также следующие рабочие определения: опасность –возможность (свойство) причинения ущерба; ущерб – мера, характеризующая нарушение целостности или утраты других полезных свойств объекта; риск – мера опасности, указывающая и на возможность причинения ущерба, и на его размеры; происшествие – событие, повлекшее за собой ущерб в результате резкого ухудшения свойств объекта.

Производственно-экологическая безопасность (ПЭБ) интерпретируется здесь свойством ОПО сохранять при функционировании состояния с высокой вероятностью исключения происшествий и приемлемым ущербом от непрерывных энергетических (тепло, шум...) и вредных материальных (сажа, шлаки...) выбросов. Менеджмент техногенного риска – осуществление совокупности действий по прогнозированию и регулированию его количественных параметров с целью удержания их значений в приемлемой для администрации ОПО области.

Следуя ЭЭК, можно утверждать о двух кардинальных принципах МТР на ОПО: 1) максимально возможное сокращение энергоемкости и токсичности всех ХТУ, 2) недопущение при их функционировании аварийных и иных нежелательных выбросов большого количества энергии и ВВ. Последнее достигается 3) исключением соответствующих предпосылок –  а) отказов и неисправностей технологического оборудования ОПО, б) ошибочных и несанкционированных действий эксплуатирующего его персонала, в) нерасчетных для них внешних воздействий – и 4) недопущением образования ПЦП из отдельно взятых предпосылок. Тогда как снижение ущерба в случае появления таких выбросов требует еще одного принципа – 5) заблаговременной подготовки к ним с целью своевременной локализации опасных зон, проведения аварийно-спасательных и ремонтно-восстановительных работ. Приоритетность принципов совпадает с нумерацией, а объекты мероприятий МТР  – с компонентами ЧМС (см. рис. 2.1): (а,б,в) – с  изображенными на периферии модели, а 4 и 5 – с центральным.

2.1.4. Основные методы и модели МТР. Основным методом прогнозирования техногенного риска администрацией ОПО выбран системный анализ, а аппаратом – моделирование опасных процессов в используемых там ХТУ. Применение данного инструментария предполагает проблемно-ориентированное описание соответствующих объекта и цели, эмпирический системный анализ уже накопленных данных и теоретический – созданных моделей.

Основным методом регулирования техногенного риска администрацией ОПО принято программно-целевое планирование и управление соответствующим процессом, а аппаратом – математическая теория организации и исследование операций. Такой выбор аргументирован тем, что МТР требует не разовых мероприятий, а длительной, планомерной и целенаправленной работы; следовательно ПЦРТР – есть осуществление совокупности мероприятий по обоснованию, обеспечению, контролю и поддержанию приемлемого уровня ПЭБ на всех этапах жизненного цикла ХТУ, начиная с проектирования и кончая утилизацией оборудования. Практическая же реализация ПЦРТР предполагает: а) стратегическое планирование (обоснование приемлемых для администрации ОПО параметров техногенного риска и разработку целевых программ его обеспечения) и б) оперативное управление выполнением таких программ (своевременный контроль и поддержание приемлемых параметров техногенного риска).

2.1.5. Цель, задачи и показатели системы МТР. Принятая ЭЭК, а также выбранные методы прогнозирования и регулирования техногенного риска указали на необходимость в системе МТР, представляющей совокупность тех взаимосвязанных нормативных актов, организационно-технических мероприятий, а также соответствующих им (актам и мероприятиям) сил и средств, которые предназначены для снижения издержек от реально существующих на ОПО техногенно-производственных опасностей. Ее стратегической целью целесообразно принять а) минимизацию обусловленного ими ущерба людским, материальным и природным ресурсам, либо б) удержание величины подобного техногенного ущерба в заданных пределах.

Главными задачами системы МТР приняты: а) исключение гибели и других несчастных случаев с людьми; б) предупреждение аварий с выводом из строя ХТУ и другим материальным ущербом; в) недопущение загрязнения ВВ природной среды и уничтожения ими биоты; г) заблаговременная подготовка и эффективное ведение аварийно-спасательных работ на ОПО. Базовым показателем системы МТР выбрано математическое ожидание Mτ[Y] величины социально-экономического ущерба от возможных в течение времени τ аварийных и иных вредных выбросов. Показателями безопасности эксплуатации конкретных ОПО служат Q(τ) – вероятность возникновения там хотя бы одного происшествия (катастрофа, авария, несчастный случай с людьми) за это время, а также Mτ[Z] и Mτ[S] – ожидаемые там средние задержки времени приостановки технологического процесса вследствие возможных происшествий и средние затраты на предупреждение и снижение их тяжести. В работе также используются среднее время τср "наработки" на происшествие и параметр ϖпр потока таких событий.

При оценке эффективности мероприятий ПЦРТР на ОПО исходили из того, что самыми предпочтительными из них будут те, которые соответствуют: а) наибольшему (при выделенных затратах S) снижению величины ущерба – ΔMτ[Y] или вероятности ΔQ(τ), либо б) наименьшим затратам S, требуемым для снижения Mτ[Y] или Q(τ) до приемлемого уровня.

2.2. МЕТОДОЛОГИЯ  ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО РИСКА

Общая идея прогнозирования техногенного риска на ОПО проиллюстрирована на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Логика и последовательность прогнозирования техногеннорго риска

Она включает а) идентификацию источников опасности и сценариев ее проявления (блоки 1-7), б) оценку частоты возможных происшествий – аварийных выбросов (блоки 8-11), оценку ожидаемого от них и иных вредных выбросов среднего ущерба Rτ=Mτ[Y] (блоки 12-17). При этом величина Mτ[Y] в работе оценивалась двумя способами:

1. С точки зрения источника угроз, т.е. исследуемой конкретной ХТУ или ОПО в целом:

,        ( 2.1)

где: a=1...m число типов возможных там техногенных происшествий: авария (a=1), несчастный случай (a=2), катастрофа (a=3) или форм причинения прямого (I) и косвенного (II) ущерба людским, материальным и природным ресурсам; b=1…k – количество наиболее вероятных сценариев его проявления; и – вероятности появления каждого из них за время τ и размеры соответствующего прямого (I) и косвенного (II) ущерба; v=1...n число видов систематически выбрасываемых энергии и вредного вещества; вероятности появления каждого такого выброса и размеры вызванного ими прямого и косвенного ущерба.

2. С точки зрения «потенциальных жертв», т.е. тех объектов из состава людских, материальных и природных ресурсов, которые не защищены от подобных вредных выбросов ОПО:

, (2.2)

где – вероятности причинения людским (l=1), материальным (l=2) и природным (l=3) ресурсам конкретного прямого (I) ущерба за время τ; – соответственно площади зон их вероятного и достоверного поражения случайными и иными вредными выбросами ОПО; Sl, Fl – средние стоимость и плотность единицы ресурса в каждой зоне; – вероятность случайного выброса и ожидаемый от него косвенный (II) ущерб.

2.2.1. Принципы прогнозирования вероятностей Qab и QII с помощью ДПСС. Выбор этих моделей для графического, а затем аналитического представления условий возникновения техногенных происшествий обусловлен возможностью учета всех существенных факторов, наглядностью, удобством обработки современными математическими и машинными методами. Наиболее часто применяемые в ДПСС символы показаны в таблице.

Формализация ДПСС достигается введением подмножеств: а) U={1,2,...,j,...u} – коды узлов; Ν= ={υ1, υ2,...,υu} – соответствующие им переменные; Ωj={ω1, ω2,...} – принимаемые ими значения; F = {f1, f2,...,fu} – плотности  вероятности случайных величин или Π = {π1, π2,...,πu} – функции принадлежности лингвистических переменных – для узлов, изображенных в строках 1-7; б) Di={d1, d2,...} – наименования дуг; Aj – дуги-предецессоры (входящие в узел j); Bj – дуги-саксессеры (выходящие из него); Pij – вероятности или меры возможности переходов из i в j; Tij – необходимые для этого затраты  – для строк 8, 9.

  С учетом изложенного, все узлы ДПСС и отношения между ними могут быть представлены кортежами <U, Ν, Ω, F, π> и <D, A, B, P, T>, а заданный ими процесс – металингвистической формулой:

<ДПСС> :: = <U∧Ν∧Ω∧F|π∧D∧A∧B∧P∧T>.                        (2.3)

Ниже приводятся оригинальные ДПСС вместе с аналитическими аналогами типа (2.3) и частью результатов их качественного и количественного анализа – выявленными закономерностями появления и предупреждения моделируемых происшествий, оценками их вероятности, вклада отдельных предпосылок и эффективности мероприятий по их предупреждению. 

2.2.1а. Прогнозирование вероятностей Qab и QII с помощью графа. Процесс возникновения происшествий на ОПО представлен на рис. 2.3 в форме ДПСС типа «потоковый граф». На его вход поступают требования на выполнение k-х технологических операций, а с выхода – случайные события (возможные выбросы обращающихся там энергии и ВВ), появление каждого из которых может быть вызвано лишь ошибками людей и отказами техники (нерасчетные воздействия на них извне в модели не рассматриваются).

Принятые допущения позволили ограничиться пятью состояниями графа: U={1 – отсутствие упомянутых предпосылок; 2 и 3 – появление соответственно ошибок и отказов; 4 – опасное, связанное с их неустранением; 5 – критическое, т.е. появление в опасной зоне незащищенных объектов} и 13-ю дугами: D={01, 12, 13, 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 45, 50}, где 0 – внешняя среда. С помощью ДПСС удалось выразить вероятность Q(τ) появления аварийности и травматизма на интервале τ=t2-t1 через параметр соответствующего потока ϖпр и вероятности Pij(t) просеивания входных событий при переходе из состояний i в состояния j графа и за его пределы:

Q(τ)=1 - exp -[ϖпр(t)⋅τ]; ϖпр(t) =ωkпр(t)⋅Qk(t), (2.4)

где ωkпр – проектная частота требований на проведение k-х технологических операций, а

      (2.5)

Анализ подтвердил адекватность (2.4-2.5): рост интенсивности ωkпр и числа т типов операций, вероятностей возникновения отказов - P13(t) и ошибок - P12(t), снижение эффективности мер безопасности {рост P50(t), P45(t)} увеличивают частоту происшествий, а безошибочность персонала и безотказность оборудования ХТУ (P(t)12,Р(t)13=0), устранение всех возникших предпосылок (P(t)21, P(t)31=1) полностью исключают их появление. Значения Qk(t) и Q(τ) становятся также равными нулю и единице при соответствующих значениях Pij(t) и при нулевых или бесконечно больших значениях τ и m соответственно. Это позволило разработать методику прогнозирования Qa=Q(τ), которая включает: 1) сбор исходных данных (интенсивность технологических операций, их число и длительность выполнения; количество персонала, безошибочность, своевременность, длительность выполнения им заданных алгоритмов действий и продолжительность его пребывания в опасной зоне; структурные схемы надежности, интенсивность отказов технологического оборудования) – изучением проектно-технологической и эксплуатационной документации, научно-технической литературы и статистических данных; 2) расчет безотказности оборудования – стандартными методами теории надежности в технике; 3) оценка своевременности и безошибочности персонала – обобщенным структурным или другими методами теории эрготехнических систем; 4) определение условных вероятностей P45(t) и P50(t) – с учетом конкретных обстоятельств и имеющихся исходных данных; 6) вычисление вероятностей Qk(t) и Q(τ) – по формулам (2.4-25).

Работоспособность методики проверена априорной оценкой безопасности работ по перегрузке АХОВ с помощью автокрана, а точность полученного при этом прогноза Q(t) – расчетом дисперсии оценки этой вероятности и сравнением ее с известной статистикой.

2.2.1б. Прогнозирование вероятностей QIab,QII и ущерба YIab с помощью "деревьев". Для прогнозирования риска тяжелых аварий на ОПО, следует применять дерево происшествия (ДП) и дерево событий (ДС), понимая, что любая из них является 1) следствием ПЦП к выбросу накопленных там запасов энергии либо ВВ и 2) результатом неконтролируемого истечения, распространения, трансформации и разрушительного воздействия их потоков на оказавшиеся вблизи объекты. Рекомендовано также использовать ДП и ДС совместно, а их построение – сводить к определению а) головного и центрального события – конкретного выброса, б) необходимых для этого ошибок, отказов, нерасчетных внешних воздействий, в) наиболее вероятных исходов нежелательного истечения, распространения, трансформации и воздействия выброса, в) всех логических условий ДП (см. строки 3,4 таблицы) и связей между событиями ДП и ДС, которые способны привести к моделируемой аварии и ее нежелательным исходам.

Конструктивность такого подхода проиллюстрирована с помощью ряда оригинальных моделей, одна из которых показана на рис. 2.4 – применительно к аварийному проливу (Х) криогенного АХОВ, возникшему в результате переполнения заправляемой им емкости, несмотря на предотвращающие это технические средства и организационные мероприятия.

Предпосылки ДП распределены по четырем уровням: 1-й – неотключение насоса из-за невыдачи команды (И) или ее неисполнения (Л); 2-й – отказ автоматики (Д) и ошибка оператора (Е); 3-й – отказы средств передачи (А) и выдачи (Б) команды; ошибки оператора: не среагировал на отказ автоматики (В) и не отключил (Г) насос вручную; 4-й – отказы: цепи датчика дозы (1), усилителей-преобразователей сигнала ее выдачи (4), расходомера (5), датчика уровня АХОВ в емкости (6), хронометра (11), выключателя насоса (12) и цепи управления им (13); ошибки оператора при включении автоматики (3), приеме светового (7) и звукового (8) сигнала о неисправности, снятии показаний хронометра (10) и отключении насоса в заданное время (9); ослабление сигнала датчика дозы вредным внешним воздействием (2).

ДС имеет три возможных (по объему пролива) исхода: Б,С,М – большая, средняя и малая утечки АХОВ – вследствие потери структурной устойчивости емкости, образования трещины в ее обечайке, срабатывания дренажно-предохранительного клапана. При этом большой пролив мог завершиться взрывом (В), пожаром (П) или только испарением (И) с различным ущербом (1-3, 4,5 и 6-8). Другие последствия аварийного выброса учтены ветвями ДС с конечными исходами: (9,10) – для средней и (11-13) – для малой утечек криогенного АХОВ.

При качественном анализе ДП выявлены 27 минимальных пропускных сочетаний исходных событий, появление которых приводит к возникновению головного: 2 синглета – 12 и 13; 20 дуплетов – 1,7;...4,11; 5 триплетов – 5,6,7;...5,6,11 и 3 – минимальных отсечных (гарантирующих обратное при их непоявлении): 1,2,3,4,5,12,13; 1,2,3,4,6,12,13 и 7,8,9,11,12,13. При этом наиболее значимыми для аварийного пролива оказались исходные предпосылки 12 и 13, наименее – 5 и 6, а все остальные – качественно равнозначными.

Количественный анализ ДП с целью прогноза риска (вероятности) выброса АХОВ был проведен тремя способами: а) с помощью полученной на его основе структурной функции:

X=И∨Л=(В∧Е)∨Л=[(A∨1∨4∨Б)∧(Г∨Д)]∨Л=[3∨(1∨2)∨4∨(5∧6)]∧[(7∨8)∨(9∨Д)]∨Л=

= [3∨(1∨2)∨4∨(5∧6)]∧[(7∨8)∨9∨(10∨11)]∨(12∨13),                       (2.6)

– после ее свертывания по правилам булевой алгебры, замены операторов "∨" и "∧" на арифметические действия "+" и "×", а кодов исходных предпосылок – на оценки вероятностей Pi их появления; б) путем сведения ДП к одному (головному) событию – последовательной (снизу вверх) заменой его ветвей, образуемых узлами ⊕ и ⊗, на события с эквивалентной вероятностью появления; в) построением двух ДП, тождественных оригинальному и состоящих только из его минимальных сочетаний одного типа, которые объединены единственным логическим условием: ⊕ – для пропускных и ⊗ – отсечных. После подобных преобразований для оценки Q(X)=QIab=QII использовались расчетные многочлены следующего типа:

P⊗=P1P2...Pm=Pi;  P⊕=1-(1-P1)(1-P2)...(1-Pn)=1-(1-Pi)                (2.7)

где P⊗, P⊕ – вероятности появления сложных событий модифицированного ДП, которые получены логическим перемножением и сложением n и т простых событий оригинального ДП.

Для уникальных (статистически не воспроизводимых и не обеспеченных достоверными данными) техногенных происшествий, точечные оценки вероятностей Pi следует заменять нечеткими числами, аппроксимированными функцией принадлежности L-R типа:

                               (2.8)

где αi, βi – коэффициенты; тi – модальные значения возможности появления i-x предпосылок. При прогнозе (пример приведен в диссертации) оперируют также наименьшим и наибольшим значениями ее оценок для исходных, промежуточных и головного событий ДП.

Что касается прогнозирования ущерба YIab, ожидаемого от приведенной на рис 2.4 аварии, то его величину в работе предложено рассчитывать как сумму произведений условных вероятностей Qrs появления конечных исходов ДС и размеров связанного с ними ущерба Yrs. Порядок оценки этих и других параметров, характеризующих исходы истечения, распространения, трансформации и разрушительного воздействия аварийно высвободившегося АХОВ и показанных у части разветвлений этой модели в скобках при соответствующих кодах, будет рассмотрен ниже (см. разд. 2.2.2).

2.2.1в. Прогнозирование вероятностей QIab, QII с помощью сетей типа GERT и Петри реализовано ниже двумя способами: а) аналитическим и б) имитационным моделированием.

В первом случае оперировали вероятностями Pij реализации дуг с узлами i и j, соответствующими таким переходам затратами tij и условными производящими функциями моментов Mij(S) их распределения. Расчет пропускных способностей Wij(S)=PijMij(s) ветвей и всей сети GERT – WЕ(S) (см. рис. 2.5, в прямоугольнике) осуществлен по топологическому уравнению С.Мэсона, после искусственного замыкания ее истока с общим стоком специальной дугой с параметром WА(S) ее проводимости и укрупнения сети по специальным правилам.

  Рис. 2.5. Модифицированная сеть GERT

При этом получено такое выражение:

,(2.9)

из которого (при выбранных для примера видах статистических распределений fij с их числовыми характеристиками) рассчитаны параметры моделируемого сетью GERT процесса: Q7 = 0,55; M[T] = 41 мин и D[T] = 194 мин2  (где Q7,  M[T], D[T] – вероятность достижения ее общего стока (появления предпосылок к происшествиям), математическое ожидание и дисперсия необходимого для этого времени. Cтруктурная идентичность формул (2.9) и (2.5) подтвердила единую природу соответствующих ДПСС, а иллюстративный расчет – их пригодность для МТР.

Возможность имитационного моделирования реализована в работе с помощью показанной на рис. 2.6 модели, воспроизводящей процесс возникновения ПЦП при функционировании ЧМС (выполнении оператором соответствующих действий с учетом возможных отказов, ошибок и неблагоприятных внешних воздействий). Учитываемые этапы и возможные нестандартные ситуации отмечены там двойным обрамлением, а влияющие на них факторы размещены в основании и на ветвях данной полувербальной семантической модели.

При построении модели считалось, что после совершения человеком предусмотренных технологией действий и сравнения действительной информации с ожидаемой возможны следующие исходы: а) обе информации идентичны и правильно восприняты – состояние ИИП; б) неидентичность информации понята человеком – НИП; в) информации хотя и идентичны, но реальная искажена при декодировании – ИИИ; г) неидентичность информации усугублена искажением одной из них – НИИ. В первом случае ЧМС оставалась в состоянии гомеостазиса (динамического равновесия), и оператор мог приступать к выполнению следующих действий. В трех последних утраченное равновесие могло быть в последующем восстановлено полностью или частично, либо такая возможность совсем исключалась.

Иначе говоря, в зависимости от подготовленности человека-оператора, уровня оцененной им опасности, надежности оборудования и средств защиты, ЧМС затем либо вернется в равновесие (события 44,64,78), либо попадет в опасную, критическую ситуации и – в происшествие (одно из событий 79а,б,в). Возможность продолжения или прекращения операции вследствие адаптации или выхода из строя одних компонентов системы по причине повреждения других изображена в модели связями, идущими от ее верхних событий к нижним.

Основанный на данной модели механизм имитационного моделирования (см. рис. 2.7) представляет каждое учитываемое свойство ЧМС генераторами случайных чисел (левая верхняя часть рисунка), аппроксимирующими качество этих факторов равномерно или треугольно распределенными функциями π(К) принадлежности соответствующих лингвистических переменных (заштрихованные снизу области). Степень влияния свойств учитывалась индексами Ij потенциальной опасности, зависящими от оценок К качества соответствующих компонентов ЧМС на универсальной шкале (нижняя часть рисунка).

Поскольку все генераторы связывались логическими узлами так, как это показано в семантической модели, то их опрос в ходе проведения эксперимента на ЭВМ позволил имитировать предрасположенность конкретной ЧМС как к образованию ПЦП, так и к ее «обрыву» (исчезновению). Ведь после обработки ими значений Ij суммарный индекс опасности I∑ мог увеличиваться или «обнуляться», что соответственно указывало на возможность появления опасных и критических ситуаций либо на адаптацию к ним ЧМС. В первом случае низкое качество ее компонентов способствовало формированию ПЦП, а во втором – ее обрыву; например, если после узла логического перемножения I∑ оказывался равным нулю из-за того, что хотя бы одно из условий его реализации не выполнялось, т.е. входящий туда индекс Ij=0.

Рис. 2.6. Модель развития происшествий при функционировании ЧМС

С помощью машинных экспериментов в соответствующей экспертной системе удалось подтвердить возможность не только имитационного прогнозирования вероятности появления происшествий, но и количественно оценить вклад в ее величину конкретных свойств ЧМС. В частности, было установлено, что основными факторами аварийности и травматизма при эксплуатации ОПО являются те их свойства, которые определяют обученность людей к действиям в нестандартных ситуациях и надежность используемой ими техники.

Вместе с тем, была выявлена сравнительно низкая значимость качественного приема и декодирования информации о состоянии исправно работающей техники, что связано со спецификой исследуемых ХТУ, характеризуемых автоматическим контролем работоспособности их агрегатов и блокировкой ошибочных действий персонала. При моделировании это учитывалось низкими значениями индексов Ij опасности тех свойств оператора, которые проявляются на ранних этапах выполнения алгоритма, и играют роль лишь инициаторов ПЦП, т.е. необходимых, но недостаточных условий для возникновения там происшествий.

Рис. 2.7. Механизм имитационного моделирования происшествий с помощью GERT

В целом же, предложенные способы априорной оценки риска появления происшествий с помощью ДПСС рекомендовано использовать комплексно, с учетом их особенностей, цели его прогнозирования и имеющихся исходных данных: точные количественные методы пригодны лишь для простых ХТУ, а приближенные – для сложных или разрабатываемых ОПО. Что касается МТР на ОПО, то приоритет следует отдать моделям типа GERT, ДП и ДС.

2.2.2. Общие принципы прогнозирования ущерба YIab и Yv от вредных выбросов. Универсальный подход к прогнозированию ущерба декомпозицией процесса его причинения на четыре этапа и к расчету соответствующих параметров проиллюстрирован на рис. 2.8.

Имеющиеся в нем аналитические выражения поясняют как порядок необходимых там вычислений средних а) количества M[K] высвободившегося из ХТУ энергозапаса, б) площади M[П] возможной зоны поражения и в) ожидаемого при этом ущерба M[Y], так и необходимость их упрощения с помощью уже знакомых выражений типа (2.1) и (2.2).

Учитывая невозможность предугадать на ОПО все i,j,k={1,2,…,l…,m…,n} и сочетания Сnk последствий воздействия вредных выбросов, а также спрогнозировать параметры их: 1) истечения – Рi и Кi, 2) распространения и трансформации – Рj и Пj, 3) разрушительного воздействия – Qk, Р=Рk и Y=Yk, в работе предложено учитывать лишь ограниченное число l, m и n наиболее вероятных и тяжелых сценариев. Помимо рассмотренных выше ДПСС, для априорной оценки перечисленных параметров рекомендовалось также использовать а) параметрические формулы расчета расхода газа или жидкости, интенсивности теплового потока, перепада давлений на фронте ударной волны и полей концентрации с(t) вредных веществ; б) системы алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений, решаемые с учетом интегральных балансов массы и энергии; в) более совершенные системы дифференциальных уравнений в частных производных с оригинальными параметрами состояния.

Более того, при определении техногенного ущерба YIab, Yv применялись частные модели: а) источника вредного выброса; б) истечения газообразных, жидких или двухфазных ВВ; в) растекания и межсредного переноса таких веществ или распространения энергии и массы в несущей среде; г) вскипания сжиженного газа или перегретой жидкости; д) физико-химического превращения АХОВ с интенсивным образованием поражающих факторов; е) объектов воздействия этих факторов и процесса причинения им конкретного ущерба.

2.2.2а. Прогнозирование параметров истечения и распространения АХОВ. Для иллюстрации конструктивности универсального подхода к прогнозированию количества вредных выбросов и площади поражаемых ими пространств, в работе рассматривались как наиболее простые сценарии с участием механической, тепловой и электрической энергии, так – и с инертными и меняющими агрегатное состояние веществами. При этом использовались новейшие модели, исходными данными которых были координаты r(x,y,z), геометрия, термодинамические параметры и режим работы источника вредных выбросов, а также скорость U, вертикальная устойчивость несущей среды и шероховатость подстилающей поверхности, в совокупности определяющие коэффициенты дисперсионного σi и турбулентного Кi обмена.

Приоритет был отдан гауссовым моделям 1) диффузионного и 2) дисперсионного типа, учитывающим изменение S(r,t) концентрации с(r,t) за счет подпитки ВВ и его трансформации П(c) в несущей среде (для реакций первого порядка – она пропорциональна k), ее геометрию. Каждая из них получалась решением следующего дифференциального уравнения:

.               (2.11)

1. Так, для τ=t-t0 от начала залпового выброса М=1 [M] АХОВ из точки r′ расположения ОПО в ничем не ограниченную атмосферу (при t0=0, с(τ=0)=0; Ki,ui=const; П(с)=kc и S(r,t)=δ(τ)δ(x-x`)δ(y-y`)δ(z-z`), где δ – дельта-функция Дирака) диффузионная модель имеет следующий вид:

               (2.12)

2. Вторая (дисперсионная) модель была получена из (2.11-2.12) с учетом соотношения между коэффициентами турбулентного и дисперсионно обмена: σ2i=2Kit (при Ki=const). В частности, для мгновенного выброса М [M] АХОВ в ограниченную земной поверхностью атмосферу из точечного источника с координатами r`(x,y=0,z=z0), и при совпадении направления ветра с осью х прямоугольной системы координат, она такова:

⋅fρ(t)⋅foc(t);               (2.13)

,         (2.14)

где fρ(t), fос(t) – функции, учитывающие трансформацию облака АХОВ за счет химических превращений в атмосфере и его оседания на землю.

В работе проиллюстрирована возможность получения из общей модели (2.12-2.14) ее частных решений для конкретных условий эксплуатации ОПО и даны способы определения необходимых для этого исходных данных. Их работоспособность подтверждена оценкой параметров опасных факторов (тепловой поток, избыточное давление, концентрация ВВ), действующих в разных точках зоны поражения, и прогнозированием изоповерхностей, границы которых определялись заданным уровнем причинения токсического ущерба персоналу ХТУ.

  Например, для контура пятна заражения, показанного на рис. 2.9 и обеспечивающего 50% поражение людей без средств защиты, уравнение изоплеты имеет вид:

Рис. 2.9. Механизм зарождения и гибели пятна загрязнения

,  (2.15)

где ΔI(хр) – компоненты стандартного отклонения частиц ВВ; DPкр– поглощенная персоналом критическая его доза; Ф[*] – стандартная функция Лапласа.

2.2.2б. Прогнозирование параметров трансформации и причиненного ущерба. Для априорной оценки вероятностей: Qk,Pj,P – физико-химических превращений с появлением вторичных поражающих факторов (тепловой поток, избыточное давление…) и QIab,QIl – причинения ими ущерба Yj различным объектам, в работе использовались современные модели типа: а) «доза-эффект», б) «пробит» – Pr и в) «эрфик функции» – Prob. При этом для нужд МТР две последние из них было рекомендовано интерпретировать следующими формулами:

; Pr(DP)=α+βlnD(r)+γlnτ=a+bln[DP(r,τ)];  , (2.16)

где α,β,γ и a,b – коэффициенты, характеризующие уязвимость разных объектов конкретным поражающим фактором; DP – поглощенная ими доза, которая для ингаляции вредного вещества рассчитывается по правой формуле, при известной его концентрация с(r,t) в точке r.

Рис. 2.10. Графики законов поражения типа «доза (удаление)-эффект»

Модели типа (а) изображены на рис. 2.10 в форме графиков R(DР) и R(X) (где R риск, измеряемый одной из вероятностей QIab, QIl причинения конкретного ущерба объекту, а Х его удаленность от источника поражающего фактора). Отрезок [0,DР1[ кривой 2 соответствует гормезису, [DР1,DР2[ нейтральной реакции, [DР2,DР3[ нелинейно монотонному росту ущерба, а DР3 и более выводу из строя объекта. Правая часть рис. 2.10 относится к отрезку ]DР2,DР3] этой кривой, представляя как бы его зеркальное отображение.

При этом возможность воспламенения или взрыва образовавшихся на ОПО топливовоздушных смесей и параметры вызванных этим поражающих факторов предлагалось оценивать с применением известной классификации горючих веществ и заполняемых ими объемов пространства, т.е. как это предписано новейшими официальными методиками. Расчет Pr рекомендовано проводить по приведенным там соотношениям и коэффициентам, а исходными данными для DP должны служить результаты моделирования предыдущих этапов.

2.3. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГРАММНО-ЦЕЛЕВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕНОГО РИСКА

2.3.1. Сущность программно-целевого регулирования техногенного риска администрацией ОПО сводится к разработке целевых программ и созданию системы оперативного управления их выполнением. Каждая целевая программа представляет комплекс взаимосвязанных мероприятий, позволяющих реализовать поставленную перед системой МТР цель, например, обеспечить надежность технологического оборудования ХТУ. Предназначение системы оперативного управления состоит в создании условий, максимально способствующих выполнению подобных программ, путем оценки реального состояния компонента ЧМС, разработки и реализация при необходимости корректирующих воздействий.

Практическая реализация ПЦРТР на ОПО предполагает решение четырех задач: а) обоснование, б) обеспечение, в) контроль, г) поддержание приемлемого (по выбранным критериям) техногенного риска. Их внедрение в систему МТР предложено осуществлять в соответствии с рекомендациями математической теории организации, интерпретирующей функционирование администрации ОПО процессом преобразования вектора входных воздействий Х в выходные Y с результативностью Ψ и издержками ресурса Т. В составе такой организации имеются эргатический (персонал Н) и технический (машина M) компоненты, обозначенные на рис. 2.11 соответственно заглавными буквами латинского алфавита и римскими цифрами.

Рис. 2.11. Модель системы МТР

Качество работы администрации конкретных ОПО будет характеризоваться определенной результативностью Е{Ψ} и издержками Т функционирования, а случайный характер данного процесса учетом того, что входные воздействия xk поступают с вероятностями Р(хk), а выходные yl с условными P(yl/хk), что позволяет прогнозировать значения выбранных здесь показателей системы МТР:

                 (2.17)

и оптимизировать их значения. Например, создавать структуры, преобразующие заданные входные воздействия xk с максимальной результативностью Е{Ψ} или минимальными издержками Т. Естественно, что параметрами ψkl, Р(yl/xk), tkl  этих задач будут свойства Ч и М.

2.3.2. Обоснование приемлемого техногенного риска. Рекомендуемым для МТР способом обоснования приемлемой меры возможности техногенных происшествий на ОПО принята ее оптимизация по критерию «минимум суммарных социально-экономических издержек» (затрат S, необходимых для предупреждения происшествий, и ущерба Y от них в случае возникновения). Оптимизируемыми параметрами вначале были частота I их непоявления и коэффициент социальной приемлемости ae=(1-I*)/(12-I*), зависящий от ее оптимального значения I*, а затем вероятность Q(τ) возникновения на ОПО происшествий конкретного типа.

Зависимость составляющих S(I), Y(I,), S(), Y() и суммы R=(S+Y) издержек от первых двух оптимизируемых параметров показана на рис.2.12, в предположении о нелинейности и монотонности их изменения. Так как для всех значений параметров I и ae соблюдались условия: Y'(I)<0, а S′(I), S′′(I), Y′′(I), R"(I) и R"(ae)>О, то значения I* и ae*, соответствующие минимумам суммы R, могут рекомендованы для нормирования техногенного риска ОПО. Действительно, оптимальная частота I* непоявления происшествий учитывает интересы его администрации, а коэффициент ae* всей химической отрасли или общества в целом. Ведь стремление к нулю проявится в повышении R() за счет превалирующего роста Y(), a по мере приближения значения данного коэффициента к другой границе =1; это же самое будет иметь место, но на сей раз – по причине более интенсивного роста S().

 

Рис. 2.12. Графики зависимостей Y(I), S(I), R(I) и Y(), S(), R()

Изложенный подход конкретизирован заменой частоты I вероятностью Q(τ) возникновения конкретных происшествий и следующей аналитической аппроксимацией издержек:

S[Q(τ)]=S0+[∂S(Q)/∂Q]ΔQ = S0+C(1-Q)/Q;  Y[Q(τ)] = Y Q,                 (2.18)

где S0 доля затрат, необходимых для создания системы МТР; ∂S(Q)/∂Q и ΔQ интенсивность требуемого приращения затрат по мере снижения вероятности Q и размеры ее уменьшения; С параметр, пропорциональный расходам на понижение риска появления происшествий на один процент; Y средний ущерб от возможного в конкретных ХТУ происшествия, величина которого принята независимой от вероятности возникновения.

С учетом принятых допущений, упрощенный вариант постановки и решения задачи по обоснованию приемлемых параметров техногенного риска может иметь следующий вид:

Σ(Q)=S0+C(1-Q)/Q+YQ→min;                         (2.19)

В предположении о неизменности C и Y на отдельных этапах развития химических технологий, их рекомендовано оценивать по аналогам: из (2.18) и как среднее арифметическое:

                               (2.20)

где Mτ[S],Q(τ) статистические оценки средних (без учета S0) затрат на снижение риска аналогичных ХТУ и вероятности появления там происшествий; l, Yj количество их возможных типов (авария, катастрофа...) и средний социально-экономический ущерб от каждого из них.

Анализ решения (2.19) свидетельствует о необходимости дифференцированного подхода к нормированию техногенного риска, что пока игнорируется на производстве и транспорте. Работоспособность же предложенного подхода подтверждена на примере крановой перегрузки емкостей с АХОВ бригадой из двух человек. При отнесенных к семилетнему периоду статистических оценках: C=40 и Y=660 человеко-дней, оказалось, что Q*(τ)=0,246. В работе также даны подходы к структурированию издержек R(Q) и оценке стоимости одного человеко-дня, что необходимо для решению уже рассмотренной и других задач ПЦРТР.

2.3.3. Обеспечение приемлемого риска при разработке ХТУ и процессов. Системное обеспечение приемлемого для администрации ОПО техногенного риска предложено осуществлять решением задач: а) создание "безопасного" технологического оборудования, б) подбор и подготовка эксплуатирующего его персонала, в) обеспечение их "комфортными" условиями среды и г) оснащение рабочих мест ОПО необходимыми средствами защиты.

2.3.За. Обеспечение "безопасности" создаваемого оборудования. Содержание ключевых мероприятий и наиболее рациональная последовательность их реализации изображена на рис. 2.13 в виде алгоритмической модели соответствующей целевой программы, выполняемой на этапах: 1) технического проектирования отдельных агрегатов, 2) их изготовления и заводских испытаний, 3) окончательной отработки и контроля качества на головном объекте. Основная идея при этом состоит в обеспечении надежности и эргономичности техники с учетом возможных ошибок персонала и неблагоприятных внешних воздействий.

Рис. 2.13. Модель программы обеспечения "безопасности" создаваемого оборудования

Отметим пять моментов предложенной программы: всесторонность исследования опасных факторов (см. блоки 2, 18 и 27 модели), системность учета предпосылок к происшествиям (блоки 3, 15, 16 и 23), необходимость количественной оценки риска (блоки 10, 20 и 28), регламентация очередности устранения выявленных недостатков (блоки 5-7, 13-17 и 23-26) и точное определение смены этапов создания техники (блоки 10, 20 и 28).

В работе также приведены рекомендации по классификации ошибок персонала и отказов оборудования, обстоятельств их возникновения, способов выявления и предупреждения конструктивно-технологическими средствами, планомерное использование которых позволит в последующем уменьшить число предпосылок по вине технологического оборудования.

2.3.36. Организация профотбора и обучения персонала ОПО. При обосновании методов совершенствования профотбора, многократно снижающего число предпосылок к происшествиям, функции человека-оператора делились на кибернетические и метаболические. Это позволило свести задачу профотбора к выявлению у кандидатов тех, заданных профессиограммами параметров P(yl|xk), ψkl и tkl, которые удовлетворяют условию:

                       (2.21)

где максимально возможная результативность работы создаваемой ХТУ (ЧМС).

При этом учитываемые в (2.21) обобщенные психофизиологические характеристики персонала память, зрение, сила, выносливость, ловкость... и предъявляемые к ним требования интерпретировались лингвистическими переменными, а их оценка проводилась на универсальных шкалах: а) результативности ψkl, б) вероятности P(yl|xk) и в) продолжительности tkl. Первая из них была показана на рис. 2.7, а две другие в приводимой ниже таблице.

Балл

Лингвистическое значение оценок переменной:

на шкале вероятности  на шкале продолжительности

1.

Совершенно невозможно

Бесконечно долго

2.

Практически невозможно

Почти бесконечно долго

3.

2

Допустимо, но маловероятно

Исключительно медленно

4.

Только отдаленно возможно

Очень медленно

5.

3

Необычно, но возможно

Медленно

6.

Неопределенно возможно

Неопределенно быстро

7.

4

Практически возможно

Быстро

8.

Вполне возможно

Очень быстро

9.

5

Наиболее возможно

Исключительно быстро

10.

Достоверно возможно

Почти мгновенно

11.

Абсолютно достоверно

Практически мгновенно

В работе даны рекомендации по способам задания функций принадлежности лингвистических переменных и использованию универсальных шкал как для оценки психофизиологических свойств людей, так и для прогноза риска вызванных ими предпосылок к происшествиям. Эти рекомендации предложено применять в экспертных системах, позволяющих автоматизировать процедуру профотбора специалистов ОПО, например, с использованием следующих реляционных правил: "Если груз очень тяжелый, частота его подъема средняя, удаление груза от тела при подъеме малое, а высота подъема незначительная, то риск предпосылки и причинения ущерба исполнителю данной работы высокий".

Обоснование программы подготовки отобранных кандидатов осуществлялось путем уяснения трех моментов: чему, как и до каких пор учить. При поиске ответа на первый из них предложено руководствоваться результатами моделирования происшествий: теоретически учить людей нужно методам прогнозирования и недопущения нестандартных ситуаций, а практически способам их своевременной ликвидации и снижения ущерба от происшествий. Определение рациональных способов обучения проводилось с учетом невозможности непосредственного приобретения соответствующих знаний и навыков путем натурного экспериментирования с происшествиями. Поэтому основной акцент при обучении безопасности должен делаться на семинары, деловые игры и тренажи на учебных ХТУ.

Для обоснования времени завершения подготовки персонала ОПО, использованы модели, позволяющие прогнозировать ее качество: затраты Sn(P) на обучение и результативность Е{Ψ}, оцениваемую по ожидаемому от учебы снижению Y(ΔP) среднего ущерба от происшествий. В качестве условий прекращения подготовки были предложены: а) время τ, после которого затраты превышают ожидаемый от нее эффект, и б) достижение заданной вероятностей безошибочных и своевременных действий обучаемых в нестандартных ситуациях Р(t) и Р(п), зависящих от времени t или циклов n их подготовки.

Моменты прекращения обучения в каждом случае определялись по следующим зависимостям между этими вероятностями и учитываемыми ими параметрами процесса обучения:

               (2.22)

       (2.23)

где P0, P∞ – уровни начальной и предельно высокой обученности специалистов, измеряемые вероятностью ликвидации ими критических ситуаций; е, δ - основание натурального логарифма и интенсивность приобретения необходимых навыков, определяемая приростом этой вероятности за единицу времени t обучения; N – общее число отрабатываемых обучаемыми блоков алгоритма действий; P0,-P0 – вероятность своевременного и безошибочного выполнения H-м специалистом неосвоенного блока алгоритма и ее дополнение до единицы; P,-P – подобные вероятности для уже освоенного им блока; kij – условные вероятности оценки инструктором действий и знаний обучаемых: правильная (i,j=1) и ошибочная (i,j=0); μ, q=1-μ – вероятность корректировки обучаемым своих действий и ее дополнение до единицы.

Определение длительности обучения по моделям «научаемости» (2.22 и 2.23) возможно путем детерминистской и стохастической (с заданной вероятностью) постановок и решения данной задачи. В первом случае, для достижения требуемой вероятности P* нужно время

,       (2.24)

где mτ, n0 – время одного занятия с персоналом ХТУ и необходимое количество занятий.

В работе даны способы определения всех параметров, а апробация этих моделей на конкретных примерах подтвердила их адекватность и возможность применения в системе МТР.

2.3.3в. Обеспечение качества рабочей среды и учет ее влияния на техногенный риск. Необходимость создания условий, комфортных для людей и безвредных для техники ОПО, обусловлена возможностью снижения там риска происшествий – как косвенно (уменьшая ошибки персонала и отказы техники), так и непосредственно, например, исключением отравления людей парами токсичных веществ или их удушья от дефицита кислорода. При оценке вклада среды в техногенный риск руководствовались известной классификацией условий труда по его напряженности и результатами логико-лингвистического моделирования.

При этом основной акцент в МТР на ОПО был сделан как на предупреждение профзаболеваемости персонала, так и на уточнение способов оценки его безошибочности и быстродействия с учетом дискомфортных условий среды. Уточнение вероятностей появления и устранения его ошибок, а также необходимого для этого времени проводилось по формулам:

,                 (2.25)

где P’(yl|xk),τ′(yl|xk) – вероятность безошибочных и своевременных действий человека и необходимое для этого время в комфортных условиях; KБ, KС – коэффициенты, учитывающие снижение этих параметров из-за дискомфортности и рассчитываемые следующим способом:

,                (2.26)

где Kэу – используемый в эргономике коэффициент экстремальности среды; R – интегральный показатель ее влияния, определяемый по таблице или с помощью зависимости:

       ,                        (2.27)

где Xmax, Xi – балльные оценки i–х факторов рабочей среды: максимальная из учитываемых (кроме самого сильнодействующего) и наиболее вероятные; – относительные длительности действия соответственно превалирующего и остальных факторов рабочей среды.

Условия рабочей

среды

Класс

вредности по

Р2.2.2006-05.

Значение показателя G

Ожидаемое сокращение средней продолжительности жизни персонала, сутки за 1 год работы

Приемлемые

Вредные 1,2 степени

Вредные 3,4 степени

Опасные (экстремальные)

2

3.1 – 3.2

3.3 – 3.4

4

[0 – 3,3[

[3,3 – 4,5[

[4,5 – 5,9[

[5,9 – 6,0]

[2,5 – 5[

[5 – 12,5[

[12,5 – 25[

[25 – 75]

В работе также проанализированы особенности влияния физических, химических, биологических, психофизиологических вредных факторов и приведена методика, облегчающая их учет при прогнозировании техногенного риска создаваемых ХТУ.

2.3.3г. Обеспечение персонала ХТУ средствами защиты и учет их качества. Так как не все применяемые там средства гарантированно защищают персонал от воздействия опасных и вредных факторов, то целесообразно оценивать их надежность. В работе предложено учитывать как постоянный, так и случайный характер появления подобных факторов: в первом случае безопасность людей должна обеспечиваться длительной стойкостью средства защиты, а во втором – своевременным выявлением и устранением возникшего источника.

Учет стойкости средств защиты рекомендовано проводить с помощью модели накопления повреждений, в предположении об их аддитивности и возможности аппроксимации нормальным законом, а условие поражения персонала – выражать вероятностью Qсз(τ) превышения наработкой τ(t) средства защиты его допустимого ресурса τсз. При этом решались две задачи: а) при заданной величине 1-Qсз(τ) и ожидаемых уровнях вредных факторов определять значение τсз, гарантирующее безотказность используемых средств защиты; б) устанавливать ресурс τсз, обеспечивающий их безотказность с заданной вероятностью 1-Qсз(τ).

В работе приведены математические постановки и решения каждой задачи, устанавливающие необходимый ресурс средств защиты и позволяющие использовать их для предупреждения несчастных случаев с персоналом ОПО. Их пригодность для МТР подтверждена иллюстративными расчетами. В целом же, изложенные в разд. 2.3.2-2.33 рекомендации создали предпосылки для контроля и поддержания приемлемого техногенного риска.

2.3.4. Контроль степени приемлемости техногенного риска предложено осуществлять: а) на ранних этапах разработки ХТУ – автономно, проверкой качества и взаимной совместимости компонентов соответствующих ЧМС; 6) на головном ОПО – статистической оценкой степени удовлетворения заданным требованиям к величине вероятности Q*(τ) происшествий. Учитывая их редкость и большую дисперсию сделанных по ним оценок q(τ), для повышения достоверности статистического контроля данного параметра риска, рекомендованы: а) учет не только происшествий, но и предпосылок к ним; б) интервальное оценивание q(τ) при заданной доверительной вероятности γ; в) учет в байесовских статистиках результатов моделирования в качестве априорной информации о реальном значении q(τ) (в предположении о допустимости ее объединения со статистическими данными головного ОПО).

Идея повышение точности такого контроля (сужения доверительных границ) основана на использовании функции распределения оценки параметра ω потока регистрируемых событий (их среднего числа x=ω(t)τ при τ=1), выражаемой следующей формулой Т. Байеса:

, (2.28)

где – функция правдоподобия, составленная по зарегистрированным на головном ОПО данным о происшествиях; φ(ω|τ) – априорное распределение плотности их параметра.

Входящие в эту формулу члены в последующем аппроксимировались следующими распределениями: – пуассоновским, φ(ω|τ) – гамма, а – хи-квадрат, соответствующие параметры которых: ωτ, и k= 2(x+c) рассчитывались с использованием как априорных, так и статистических данных. При этих допущениях, нижняя и верхняя доверительные границы для оценки среднего количества происшествий и предпосылок к ним на головном ОПО оказались соответственно равными:

       ,                 (2.29)

где χ2 – случайная величина, определяемая по таблицам хи-квадрат распределения для выбранной доверительной вероятности γ и степени свободы, равной 2(x+с).

Доверительные пределы для оценки х, найденные по формулам (2.29) и правилам ГОСТ 11.005-74 при разных вероятностях γ, показаны на рис. 2.14 графиками, демонстрирующими хорошее совпадение результатов моделирования со стандартной методикой. Это подтвердило приемлемость предложенного способа повышения достоверности статистического контроля вероятности происшествий на головном ОПО, где точности оценки Q(τ) и имеющейся априорной информации обычно невелики и, как правило, соизмеримы между собой.

Анализ полученных результатов показал, что при определении доверительных интервалов априорная информация действует подобно увеличению объема выборки фиксируемых событий на величину (с-1), одновременно как бы удлиняя время наблюдений на d единиц. Для облегчения уточненного статистического контроля степени приемлемости риска вновь созданных ХТУ на головном ОПО, в работе предложена следующая методика:

1. Определение параметров с и d априорного распределения числа происшествий: а) расчет ωпр проводится по формуле (2.4), с учетом того, что при малых τ, величины Qk(t) и ωпр(t), обычно не превышающие 0,01, можно считать одинаковыми; б) дисперсия Dω этого параметра оценивается линеаризацией выражения (2.5), при известных дисперсиях оценок его членов.

  2. Регистрация значений , τ и уточнение их величины с учетом априорной информации (результатов моделирования) – осуществляется по формулам: 

  3. Расчет допустимого (за время τ работы всех ХТУ головного ОПО) числа происшествий и предпосылок к ним рекомендуется проводить по формуле: , где ω*пр(t) – параметр, определяемый из (2.4 и 2.19).

4. С помощью формул (2.29) определяется доверительный интервал [хН, xВ] и принимается решение о соответствии зарегистрированного на ОПО числа происшествий допустимому: если х*доп  "накрывается" этим интервалом, то данное требование считается выполненным.

Помимо головного объекта в работе также содержатся рекомендации по совершенствованию статистического контроля эффективности мероприятий по снижению риска на уже эксплуатируемых ОПО, подготовленные с учетом возможности: а) такой оценки в ходе внедрения мероприятий лишь на их части, б) прекращения наблюдения за ОПО при появлении там происшествия, в) выявления эффекта принятием одной из следующих двух гипотез:

НО: τ′ПР = τПР; НА: τ′ПР > τПР,                               (2.30)

где τ′пр, τпр – продолжительности "средней наработки" на происшествие на ОПО с внедренными и невнедренными мероприятиями, соответственно равные 1/ω′пр и 1/ωпр.

После а) аппроксимации ожидаемого прироста Δ=τ′пр-τпр нормально распределенной случайной величиной с математическим ожиданием Δ и дисперсией σΔ2, б) выделения квантилей из составленных на случай справедливости Но и На статистик, в) приравнивания соответствующих таким квантилям выражений, может быть получена следующая формула для определения объема выборки (количества подлежащих статистическому контролю) ОПО:

,        (2.31)

где z1-α, z1-β – (1-α) и (1-β) процентные квантили стандартной нормально распределенной случайной величины; α, β – ошибки 1-го и 2-го рода; Т – время наблюдения за выборкой ОПО.

Анализ полученного выражения указал на целесообразность статистического контроля эффективности не отдельно взятых мероприятий, а их комплексов, что будет сопровождаться большим значением Δ и требовать, поэтому меньших величин T или V. Адекватность модели (2.31) проверена исследованием влияния на V вариации ее параметров и присвоением им граничных значений; тогда как работоспособность двух предложенных способов совершенствования контроля требований к допустимому риску подтверждена в работе примерами.

2.3.5. Поддержание приемлемого техногенного риска рассматривалось как конечная цель оперативного управления, осуществляемого администрацией ОПО путем реализации изложенных в разд. 2.1.3 принципов. Особое место при этом рекомендовалось уделять 1) поддержанию высокой подготовленности персонала, 2) оптимизации контрольно-профилактической работы по предупреждению и снижению повторяемости происшествий.

Предложение (1) включало две задачи: (1а) обоснование периодичности переподготовки персонала ОПО и (1б) разработка методики проведения его инструктажей по технике безопасности. Для решения задачи (1а) использована "модель утраты знаний" персоналом с экспоненциальным понижением вероятности его безошибочных и своевременных действий:

,               (2.32)

где PH, PH0 – текущее и начальное значения этой вероятности; α, β – параметры, зависящие от качества требуемых знаний и их сложности; t – время с конца обучения специалиста Н.

Данная модель позволила определить интервал (τмо=t2-t1) между циклами обучения специалистов ОПО и длительность его повторения (τпо=t3-t2), которые в совокупности обеспечивают поддержание вероятности Р(t) в заданных границах [РН, РВ]:

; .        (2.33)

Параметры выражений (2.33) – те же, что и у формул (2.22-2.24), а иллюстрация заданной ими динамики приобретения и утраты персоналом навыков графически представлена на рис. 2.15. Рассчитанные по этим формулам параметры рациональной цикличности его переподготовки по мерам безопасности оказались  довольно правдоподобными.

Задача (1б) решалась с учетом возможности возникновения на ОПО предпосылок к техногенным происшествиям и необходимости принятия своевременных мер по их своевременному предупреждению, выявлению и исключению. Для выработки таких мер предложено руководствоваться следующими вспомогательными вопросами: 1) в чем заключается опасность конкретных работ на ХТУ, 2) появление каких событий при их проведении недопустимо, 3) почему каждое из них может произойти. Ответы на них рекомендованы принятой выше ЭЭК: опасность – в используемой там энергии; не допускать ее нежелательного и разрушительного высвобождения; вследствие ошибок людей, отказов техники и неблагоприятных воздействий извне. Задача обучения и инструктажа – научить персонал выявлять из этих предпосылок наиболее вероятные, исключать или готовиться к их появлению.

Изложенная методика проиллюстрирована примером предотвращения происшествий при перевозке АХОВ автотранспортом ОПО –  следующей логикой рассуждения (рис. 2.16):

1. Опасность – в энергии: а) кинетической и потенциальной – автоцистерн и расположенных в них людей, б) химической – АХОВ, топлива и электролитов, в) электрической – аккумуляторов и генераторов, г) сжатых газов – автошин, тормозных и пусковых баллонов, д) других транспортных средств и близлежащих линий электропередач, газопроводов и трубопроводов.

Рис. 2.16. Логика и последовательность проведения инструктажа

2. Не допустимы: а) столкновения с подвижными и неподвижными объектами, б) опрокидывания автоцистерн и падения людей с них, в) проливы АХОВ на людей и грунт или воспламенения топлива и электролитов, г) короткие замыкания электрооборудования, д) взрывы или резкое падение давления в баллонах и автошинах.

3. Предпосылки: а) ошибки – превышение скорости, сокращение дистанции, выезд на встречную полосу; б) отказы – выход из строя тормозных устройств, рулевого управления, колес и светосигналов; в) нерасчетные воздействия извне – неожиданно появившиеся на дороге люди и другие предметы, резкое торможение впереди идущего транспорта или наезд встречного, гроза и дождь, разрушение дорожного покрытия и соседних строений.

Рекомендации группы (2) касались совершенствования контрольно-профилактической работы на ОПО химической отрасли путем постановки и решением следующих задач: 1. Обоснование выборки периодически проверяемых ХТУ. 2. Разработка план-графиков их обследования. 3. Оценка эффективности подготовленных при этом альтернативных мероприятий. 4. Выбор из них наиболее эффективных по принятому критерию. 5. Организация контроля за работами повышенной и особой опасности. 6. Страхование техногенного риска.

Первая задача связана с определением такого состава из т ХТУ или ОПО, инспектирование которых обеспечивает максимальную информативность обстоятельств появления зарегистрированных на них хi(τ) происшествий и предпосылок, а требуемые для этого затраты времени их администрации не превышают выделенных на инспектирование – TВ:

                                       (2.34)

где r, s – коэффициенты времени изучения обстоятельств появления одного происшествия (предпосылки) и следования к i-ому объекту; di –  его удаление; αi – булева переменная.

Вторая задача учитывала дислокацию надзорных органов химической отрасли и подведомственных им ХТУ или ОПО, а также необходимость экономии средств и времени на их обследование. В предположении о пропорциональности транспортных расходов dij пути следования тех ν групп инспекторов, которые должны посетить каждый из т запланированных объектов, могла быть найдена очередность πij(m) их посещения, удовлетворяющая условиям:

                       (2.35)

а при необходимости срочного, поочередного инспектирования всех т объектов двумя группами –  отыскивалась перестановка πm, обеспечивающая минимум следующего выражения:

,                         (2.36)

где βij – булева переменная; τ2(πm) – длительность инспектирования второй группой последнего объекта в выбранной последовательности; T1(πm), T2(πm-1) – общие (с учетом возможных простоев) продолжительности обследования т объектов первой и (т–1) – второй группами.

Третья задача касалась количественной оценки эффективности мероприятий, разработанных в результате инспектирования. Ее предлагается решать как априорно (с помощью рассмотренных в разделе 2.2 методов), так и апостериорно (статистически) – с учетом рекомендаций п. 2.3.4. Для облегчения априорной оценки рекомендованы машинные алгоритмы.

Четвертая задача связана с выбором из множества W={1,2,...,k,..., m} альтернативных мероприятий их комплекса Wk, обеспечивающего максимально возможное снижение ожидаемого ущерба и требующего затрат S(Wk), не превышающих выделенные SВЫД(W) для этого:

                      (2.37)

где – ожидаемое от внедрения мероприятий уменьшение среднего ущерба, определяемое снижением ΔQK вероятностей появления происшествий и их тяжестью YK.

Пятая задача направлена на совершенствование контроля безопасности работ с повышенной опасностью, путем определения наборов X1 и Х2 контролируемых операций, обеспечивающих либо минимум вероятности Qτ(X1) возникновения на ОПО происшествий и предпосылок к ним, либо минимум требуемых на пооперационный контроль затрат S(X2):

              (2.38)

где SB(τ) – затраты, выделенные для контроля и устранения вскрытых при этом предпосылок, а Q*(τ) – допустимая вероятность возникновения происшествий и предпосылок.

Для особо опасных ХТУ рассматриваемая здесь задача сводилась к выделению таких операций Х3 и Х4, которые подлежали бы уже не однократному, а более пристальному (двойному или тройному) контролю:

                (2.39)

Шестая задача связана с перераспределением ответственности за причинение ущерба источником техногенного ОПО риска путем компенсации такого ущерба и средств З на предупреждение происшествий страховым покрытием В. При этом считалось, что страховые случаи возникают с вероятностью Q(З), а факт их обнаружения и предъявления иска на возмещение ущерба – с Р(З,К) (где К – переменная, зависящая от качества работы системы МТР на ОПО). Страховая премия П принята пропорциональной сумме возмещаемого ущерба: П=ТВ, где Т – тарифная ставка страхования, а для его возмещения использовалась стоимость С застрахованных ХТУ.

Для принятия рационального (в условиях неполной определенности и с учетом модели, показанной на рис. 2.17) решения можно использовать следующее минимаксное выражение:

И=3+ТВ+Q(3)P(3,K)min[mах (Y-В,0),0].

Рис. 2.17. Дерево решений по страхованию риска

При решении всех перечисленных задач МТР на ОПО химической отрасли предложено использовать известные математические методы и машинные алгоритмы: (2.34) – ветвей и границ (задача о рюкзаке), (2.35 и 2.36) – линейного программирования (модифицированная "задача о коммивояжере" и составления расписания для m работ на ν=2,3 станках), (2.37) – динамического программирования (задача распределения) и (2.38, 2.39) – градиентный метод поиска экстремума, а размеры В и Т – рассчитывать методами актуарной математики.

Основные результаты и выводы по диссертационной работе

Совокупным результатом настоящей диссертации являются теоретические основы менеджмента техногенного риска ОПО химической промышленности, включающие методологию системного прогнозирования и программно-целевого регулирования его показателей.

Методология прогнозирования содержит в себе: а) общую структуру всего данного процесса; б) аппарат формализации и моделирования условий появления техногенных происшествий и причинения ими ущерба людским, материальным и природным ресурсам; в) совокупность оригинальных моделей и методик, подтверждающих работоспособность выбранного аппарата; г) особенности применения, достоинства и недостатки каждого типа ДПСС и метода моделирования, а также вытекающие из них ограничения и области использования.

Методология ПЦРТР включает а) общую структуру регулирования техногенного риска – стратегическое планирование и оперативное управление данным процессом; б) совокупность решаемых при этом задач – обоснование, обеспечение, контроль и поддержание приемлемых для администрации ОПО показателей техногенного риска; в) метод обоснования оптимальной (по минимуму суммарных издержек) вероятности появления техногенных происшествий конкретного типа; г) способы обеспечения этого параметра при создании техники ОПО, профотборе и подготовке эксплуатирующего ее персонала, обеспечении их комфортными условиями рабочей среды и средствами защиты; д) предложения по повышению достоверности статистического контроля техногенного риска при приеме и серийной эксплуатации ОПО; е) рекомендации по поддержанию высокой обученности их персонала, оптимизации контрольно-профилактической работы надзорных органов системы МТР химической промышленности и перераспределению техногенного риска страхованием.

В целом же полученные в диссертации научные положения (концепция, модели, методы, этапы, задачи, показатели и критерии) представляют собой новое крупное научное достижение в области обеспечения производственно-экологической безопасности химически опасных объектов. Новизна основанной на этом информационной технологии состоит в системном подходе к управлению процессом обеспечения ПЭБ на базе концепции приемлемого техногенного риска, начиная от выдачи технического задания на создание ОПО и кончая утилизацией выработавшего ресурс оборудования. В этом же – ее отличие от существующей парадигмы, при которой системную безопасность еще делят и обеспечивают по частям, забывая, что она не поддается механическому редукционизму без потери своей сущности.

Внедрение в практику предложенных в работе теоретических основ МТР будет способствовать снижению аварийности и травматизма на ОПО за счет совершенствования надежности и эргономичности технологического оборудования, профпригодности и подготовленности персонала и экономного расходования средств на контрольно-профилактическую работу по предупреждению и снижению повторяемости техногенных происшествий.

Цель последующих исследований может состоять в разработке новых моделей и построении необходимых для практики экспертных систем, баз знаний и методик.

III. СПИСОК ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ ТРУДОВ

3.1. МОНОГРАФИИ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Белов П.Г. Теоретические основы обеспечения безопасности эксплуатации вооружения и военной техники. М.: МО СССР. 1988. Часть 1 – 109 с.; часть 2 – 111 с.

  1. Белов П.Г. Теоретические основы системной инженерии безопасности. М.: ГНТП "Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф". 1996. – 424 с.; Киев: Изд-во КМУГА. 1997. – 428 с.
  2. Белов П.Г. Моделирование опасных процессов в техносфере. М.: Изд-во Акад. гражд. защиты МЧС. 1999. –124 с.; Киев: Изд-во КМУГА. 1999.  – 124 с.
  3. Белов П.Г. Методологические аспекты национальной безопасности России. М.: ФЦНТП «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф». 2001. – 300 с.
  4. Белов П.Г. Национальная безопасность России: категории, модели, методы. М.: ФЦНТП «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф». 2004. – 460 с.
  5. Белов П.Г. Методологические основы национальной безопасности России / в 2-х томах. СПб: Изд-во СПбГПУ. 2004. – 574 с.
  6. Белов П.Г. (в соавторстве) Безопасность России. Анализ риска и проблем безопасности / Многотомное издание. Часть 1. М.: МГФ «Знание». 2006. – 640 с./54 с.

3.2. НАУЧНЫЕ И НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ:

8. Белов П.Г. Оценка и оптимизация мероприятий по повышению безопасности производственных процессов / Безопасность труда в промышленности. 1984, №2. – С. 39 – 42.

9. Белов П.Г. Возможный подход к нормированию безопасности производственных процессов / Стандарты и качество. 1984, №9. – С. 33 – 36.

10. Белов П.Г. Способ количественной оценки безопасности производственных процессов / Безопасность труда в промышленности. 1985, №2. – С. 37 – 39.

11. Белов П.Г. Обеспечение безопасности производственных процессов при их создании / Вестник машиностроения. 1985, №7. – С. 79 – 81.

12. Белов П.Г. О программированном управлении безопасностью производственных процессов / Стандарты и качество. 1986, №5. – С. 56 – 59.

13. Белов П.Г. Методологические основы безопасности труда / Безопасность труда в промышленности. 1987, №7. – С. 52 – 55.

14. Белов П.Г. Безопасность работ гарантируется, если.../ Стандарты и качество. 1992, №1. – С. 51 – 55.

15. Белов П.Г. Системная инженерия безопасности: методологические основы / Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1993, №8. – С. 49 – 65.

16. Белов П.Г. Инженерия и экономика безопасности производственных процессов / Приборы и системы управления. 1993, №10. – С. 14 – 16.

17. Белов П.Г. Системный подход к прогнозированию техногенного риска / Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1994, №4. – С. 36 – 48.

18. Белов П.Г. Прогнозирование техногенного риска: системный подход / Химическая промышленность. 1994, №5. – С. 45 – 52.

19. Белов П.Г. Безопасность экологическая или производственно-экологическая? / Химическая промышленность. 1994, №6. – С. 70 – 76.

20. Белов П.Г. Принципы системного обеспечения безопасности населения / Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1995, №4. – С. 22 – 35.

21. Белов П.Г. Концепция программно-целевого обеспечения производственно-экологической безопасности / Безопасность труда в промышленности. 1995. №8. С. 36 – 38.

22. Белов П.Г. Закон нуждается в переработке / Безопасность труда в промышленности. 1996,  №11. – С. 57 – 58.        

23. Белов П.Г. Сущность, принципы и методы регулирования техногенного риска / Управление риском. 1998, №4. – С. 14 – 19.

24. Белов П.Г. Смысл, категории и методы национальной безопасности / Управление риском. 1999, №1. – С. 40 – 45.

25. Белов П.Г. Особенности страхования от техногенного риска / Управление риском. 1999, №2. – С. 17 – 22.        

26. Белов П.Г. Страхование техногенного риска / Безопасность труда в промышленности. 2000, №5. – С. 45 – 48.

27. Белов П.Г. Методологические основы производственно-экологической безопасности / Экология и промышленность России. 2000, №9. – С. 4 – 9.

28. Белов П.Г., Гражданкин А.И. Экспертная система оценки техногенного риска опасных производственных объектов / Безопасность труда в промышленности. 2000, №11. С. 6 – 10.

29. Белов П.Г. Проблемы безопасности: образовательный аспект» / Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 2002, №5. – C. 105 – 117.

30. Белов П.Г. О стратегических рисках и их роли в обеспечении национальной безопасности / Управление риском. 2003, №3. – С. 18 – 24.

31. Белов П.Г., Гражданкин А.И., Махутов Н.А. Стандартизация и регламентация в сфере безопасности: проблемы и решения / Стандарты и качество. 2004, №2. – С. 26 – 33.

32. Белов П.Г. Менеджмент техногенного риска в химической промышленности: категории, принципы, методы / Химическая промышленность. 2004, №5. – С. 266 – 272.

33. Белов П.Г., Гражданкин А.И. Менеджмент техногенного риска: категории, принципы, методы / Стандарты и качество. 2004, №7. – С. 36 – 41.

34. Белов П.Г., Гражданкин А.И., Лисанов М.В., Можаев И.Л., Печеркин А.С., Пчельников А.В. Основные принципы оценивания и нормирования приемлемости техногенного риска / Безопасность труда в промышленности. 2004, №8. – С. 45 – 50.

35. Белов П.Г. Какой должна быть вузовская программа по безопасности жизнедеятельности / Безопасность труда в промышленности.  2005, №5. – С. 19 – 21.

36. Белов П.Г. Оценка и обработка риска при техническом регулировании / Стандарты и качество.  2006, №2. – С. 30 – 35.

37. Белов П.Г. Социально-экономические аспекты нормирования техногенного риска / Стандарты и качество.  2007, №1. – С. 24 – 29.

3.3. ДОКЛАДЫ И ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ

40. Белов П.Г. Руководитель и безопасность труда: методика обучения и инструктажа работающих / Тезисы докладов научно-технического семинара "Охрана труда и окружающей среды на предприятиях г. Москвы". М.: Московский дом НТП. 1989. – С. 18 –20.

41. Белов П.Г. Моделирование железнодорожных происшествий с помощью диаграмм влияния / Тезисы докладов всесоюзной НТК "Организация и управление охраной труда в новых условиях хозяйствования". Новосибирск: Изд-во НИИЖТ. 1990. – C. 30 – 31.

42. Белов П.Г. Показатели и критерии системной инженерии безопасности / Тезисы докладов школы-семинара по безопасности жизнедеятельности. М.: Изд-во МИИГА. 1992. –  С. 15 – 17.

43. Белов П.Г. Методы предварительной оценки риска техногенных чрезвычайных ситуаций / Материалы 2-ой международной конференции "Безопасность и риск: предупреждение индустриального риска". М.: МОРБОТ. 1994. – С. 17 – 18.

44. Белов П.Г. Нормирование вероятности появления транспортных происшествий / Тезисы докладов международного симпозиума "Безопасность перевозочных процессов". М.: МИИТ. 1995. – С.8.

45. Белов П.Г., Гражданкин А.И. Экспертная система оценки техногенного риска при функционировании человекомашинных систем / Труды 2-й международной научной школы «Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах». СПб.: Изд-во «Омега». 2001. – С. 210 – 214.

46. Белов П.Г. Об оптимизации мероприятий по повышению живучести критически важных инфраструктур и их наиболее значимых элементов / Труды НПК «Проблемы технологического терроризма и методы предупреждения террористических угроз». 2004. М.: РАН, МЧС РФ. – С. 266 – 273.

47. Белов П.Г. Оценивание техногенного риска в интегрированных системах менеджмента организации / Труды НПК «Региональные риски ЧС и управление природной и техногенной безопасностью муниципальных образований». 20-21. 04. 2004 г. М.: МЧС РФ. – С. 136 – 145.

48. Белов П.Г. Безопасность жизнедеятельности: чему учить студентов вузов / Труды НТС «Проблемы преподавания безопасности». С.Пб. 13-14 мая 2005 г. – С. 24 –29.

49. Белов П.Г., Гражданкин А.И, Махутов Н.А. О безопасности функционирования критически важных объектов инфраструктуры / Труды «Научно-технического конгресса по безопасности» М. 2005. – С. 417 – 422.

50. Белов П.Г. Гражданская защита: сущность и целеполагание / Труды НПК «Актуальные проблемы гражданской защиты» М.: МЧС РФ. 2006. – С. 50 – 56.

51. Белов П.Г. Методический подход к оценке риска эксплуатации энергооборудования ТЭС / Труды НТК «Металл оборудования ТЭС. Проблемы и перспективы». М. ВТИ. 2006. – С. 21 – 28. 

52. Белов П.Г. Имитационное моделирование происшествий на транспорте / Материалы НПК «Безопасность движения поездов». М.: МГУПС. 2006. – С. I5-I9.

3.4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ

53. Белов П.Г. Тубашев И.В. Разработка методики количественной оценки показателей безопасности с помощью диаграмм влияния. М.: ЦНИИ ТЭИ МПС. Экспресс-информация. 1993. Вып. 2-3. – С.20 – 42.

54. Белов П.Г., Белов С.В., Давыдов В.Г., Еременко Б.А., Козьяков А.Ф., Павлихин Г.П., Якубович Д.М. Безопасность жизнедеятельности. Конспект лекций. М.: ВАСОТ. 1993. – 164 с.

55. Белов П.Г., Разумовская Н.В., Щербатенко Н.А. Методические рекомендации по снижению и перераспределению социально-экономического ущерба от аварий и несчастных случаев на железнодорожном транспорте. М.: ЦНИИ ТЭИ МПС.1995. – 32 с.

56. Белов П.Г., Алымов В.Т., Болотин В.В., Бугаенко С.Е., Макагонов В.А., Махутов Н.А., Проценко А.Н., Фролов К.В. Безопасность сложных технических систем. Федеральные руководящие документы. М.: Инст. машиноведения РАН. 1996. – 326 с.

57. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование процессов в техносфере. Примерная программа учебной дисциплины для студентов втузов / Безопасность жизнедеятельности. 2002, №3. – С.35 – 36.

58. Белов П.Г. Системный анализ и моделирование опасных процессов в техносфере. Учебное пособие. М.: Изд. дом «Академия». 2003. – 512 с.

Соискатель П.Г. Белов

 






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.