книги / Развитие теории анализа аварийной ситуации при хранении взрывчатыхз веществ

Раздел 5 АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ

БЕЗОПАСНОСТЬЮ ХРАНЕНИЯ РАССРЕДОТОЧЕННОЙ ГРУППЫ ЗАРЯДОВ

5.1. Задача управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов

Важной задачей является исследование проблемы управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов с использованием разработанных математических моделей прогнозирования последствий аварийного взрыва и современных информационных технологий. Задача управления безопасностью включает в себя:

оперативное управление – оценка возможных угроз и принятие управленческих решений, направленных на минимизацию последствий или полностью исключающих воздействие на боеприпас;

долгосрочное управление – связано с проектированием сооружений хранения, прогнозированием возможных последствий аварийного взрыва боеприпасов и взрывчатых веществ, расчетом риска возможных аварий и поиском путей минимизации последствий.

В работе предложен новый подход к решению проблемы управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов, основанный на разработанных моделях прогнозирования последствий взрыва, методологии анализа риска и современных информационных технологиях. Известны три группы задач управления безопасностью хранения боеприпасов

ивзрывчатых веществ [90, 91]:

первая группа – задачи управления безопасностью хранения РГЗ в процессе возникновения и развития аварийной ситуации. Это задачи управления в условиях неопределенности, направленные на минимизацию всех видов ущерба, возникающих в результате аварии при обеспечении приемлемых уровней всех видов риска;

131

вторая группа – задачи принятия решений по управлению безопасностью хранения РГЗ на различных стадиях эксплуатации системы боеприпасов и проектирования хранилищ. Здесь осуществляется поиск управляющих решений из множества возможных альтернатив, обеспечивающих наибольшую безопасность хранения боеприпасов и взрывчатых веществ, т. е. приемлемые или допустимые уровни всех видов риска.

Под допустимым уровнем риска понимается такой уровень одного или нескольких видов риска, который не приводит к аварии

стяжелыми экологическими и социальными последствиями. Таким образом, в результате управления безопасностью хранения боеприпасов и взрывчатых веществ должно быть обеспечено минимальное значение различныхвидов риска иущерба;

третья группа – задачи принятия решения по управлению безопасностью хранения РГЗ с использованием системы поддержки принятия решения для различных стадий возникновения и развития аварии.

Направленность управленческих решений может быть локальной (устранение одной причины аварии) или общей (устранение однотипных аварийных ситуаций). Для различных аварийных ситуаций необходимо принимать комплекс управленческих решений, направленных на устранение причин и на снижение тяжести последствий. Известна следующая классификация управленческих решений:

альтернативные – направленные на устранение причин аварии, одновременное возникновение которых маловероятно. Однако такие управленческие решения могут быть направлены как на управление аварийными ситуациями, так и на ликвидацию их возникновения;

зависимые – одно действие определяет последовательность выполнения других;

линейные – действие направлено на устранение типовой аварийной ситуации;

совместные – одни действия выполняются независимо от других, но ищется общее управляющее решение, объединяющее все действия.

132

Кроме того, управляющие решения по управлению безопасностью РГЗ имеют долгосрочный, плановый и оперативный характер (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Классификация управляющих решений обеспечения безопасности хранения РГЗ

Задача оперативного управления безопасностью хранения РГЗ заключается в своевременном выявлении опасностей и причин инициирования РГЗ, осуществлении управленческих решений, направленных на их устранение и предотвращение дальнейшего развития аварийной ситуации. Это задача управления безопасностью в условиях неопределенности. Неопределенности связаны, во-первых, с причинами инициирования боеприпа-

сов ( Pj' ), во-вторых, с неопределенностью перехода инициирования j-го боеприпаса в аварийную ситуацию ( S j ), в-третьих,

с неопределенностью того, к какой аварийной ситуации приведет инициирование j-го боеприпаса.

Рассмотрим рассредоточенную группу зарядов как многокомпонентную систему. В рамках методологии теории систем любой объект управления можно рассматривать как систему, под которой в наиболее общем случае понимают:

133

где D – множество компонентов системы рассредоточенной группы зарядов ( d D );

V – множество внутренних и внешних возмущающих воздействий на РГЗ ( v V , где V – область допустимых значений возмущающих воздействий).

При этом:

где vтвн – внутренние воздействия на технологическое оборудование, vбпвн – внутренние воздействия на систему боеприпасов, vт – внешние воздействия на технологическое оборудование, vбп – внешние воздействия на систему боеприпасов;

С – множество параметров состояния элементов D (системы РГЗ) ( с С, где С – область допустимых значений состояния сис-

темы РГЗ); С = { X , Z} , где Х – показатели безопасности РГЗ; Z – параметры РГЗ, определяющие ее состояние. В свою очередь Z = {Zт , Zбп} , где Zт – множество состояний технологического оборудования, Zбп – множество состояний системы боеприпасов; Gоу = {gоу} – множество отображений осуществляемых на D,

V, C;

Tоу = {tоу} – множество отношений над элементами D, V, C;

U = {uт ,uбп} , где uт – множество управляющих воздействий на технологическое оборудование, uбп – множество управляю-

щих воздействий на боеприпасы.

В результате управления безопасностью РГЗ должно быть достигнуто такое функционирование объекта (рис. 5.2), при котором показатель безопасности Х при воздействиях V будет максимально приближен к требуемому значению Х0.

Подсистемы в составе объекта управления (РГЗ) осуществляют следующие отображения:

134

GZбп :Vбп ×Vбпвн × zт × uбп → Zбп ,

GZт :Vт ×Vтвн × zбп × uт → Zт ,

где zт , zбп – множества, определяющие взаимодействие системы боеприпасов и технологического оборудования.

Рис. 5.2. Модель объекта управления

Для того чтобы управлять системой боеприпасов, необходимо принимать и реализовывать соответствующие управленческие решения (Р), которые определяются поступающими от системы информационными сигналами (Z), т. е.:

На практике информационный сигнал (Z) о состоянии системы поступает дискретно, через определенные промежутки времени, или в виде вербального сообщения, получаемого за счет визуального осмотра, снятия показаний с контрольноизмерительных приборов или данных систем диагностирования.

Оптимальное управление безопасностью РГЗ связано прежде всего с обоснованием оптимального значения показателя риска аварии и должно включать следующие положения [90]:

анализ опасных явлений РГЗ и разработка математической модели с последующим подтверждением ее адекватности;

выявление критичных процессов в общей схеме развития аварийной ситуации;

135

определение методов воздействия на систему РГЗ и синтез алгоритмов управления с последующей проверкой эффективности влияния управления на развитие аварийной ситуации;

процесс управления должен базироваться на мониторинге состояния системы и прогнозировании развития аварийной ситуации.

Задача управления безопасностью хранения РГЗ должна решаться путем анализа всех возможных аварийных ситуаций и сценариев их развития. В соответствии с этим управление безопасностью РГЗ заключается в реализации следующих основных стадий управления:

управление по недопущению инициирующих воздействий на боеприпас;

управление по ликвидации причин воздействия на боеприпасы и взрывчатые вещества;

управляющие решения по предотвращению развития инициирования j-го боеприпаса в аварийную ситуацию;

предотвращение цепного процесса развития аварийной ситуации.

Пусть Pr' – вероятность инициирования боеприпаса из-за от-

1

каза технологического оборудования, используемого при хранении ( r1 =1,T1 , T1 – количество возможных вариантов инициирования боеприпаса из-за отказа технологического оборудования);

рийной ситуации из-за отказа технологического оборудования).

вариантов инициирования боеприпаса из-за нарушения режима

136

эксплуатации); Pr'' – вероятность возникновения аварийной си-

4

туации в группе боеприпасов из-за нарушения режима эксплуатации ( r4 =1,T4 , T4 – количество возможных сценариев развития

аварийной ситуации из-за нарушения режима эксплуатации). В таком случае функциональную зависимость запишем как:

Pr' – вероятность инициирования боеприпаса из-за воздей-

5

ствия поражающих факторов ( r5 =1,T5 , T5 – количество возможных вариантов инициирования боеприпаса из-за воздейст-

вия поражающих факторов); Pr'' – вероятность возникновения

6

аварийной ситуации в группе боеприпасов из-за воздействия поражающих факторов ( r6 =1,T6 , T6 – количество возможных

сценариев развития аварийной ситуации из-за воздействия поражающих факторов).

Тогда функциональную зависимость запишем как:

Pr' – вероятность инициирования боеприпаса из-за q-го воз-

q

действия, приводящее к r-й аварийной ситуации ( rq =1, M , M –

количество возможных вариантов инициирования из-за q-го

воздействия на боеприпас); Pr'' – вероятность возникновения r-й

zq

аварийной ситуации в z-й группе боеприпасов из-за q-го воздействия ( rzq = 1, M1 , M1 – количество возможных вариантов сцена-

риев развития аварийных ситуаций в z-й группе боеприпасов). Тем самым функциональная зависимость выглядит так:

Таким образом, Pr' – вероятность инициирования боеприпа-

j

са по различным неопределенным причинам.

137

Функцию, включающую всевозможные причины инициирования боеприпаса, запишем так:

Функциональные зависимости вероятностей возникновения аварийной ситуации от вероятностей инициирования боеприпаса по различным (неопределенным) причинам могут быть получены путем обработки статистических данных об известных авариях и установления связей между различными комбинациями векторов случайных величин, характеризующих потоки неблагоприятных воздействий на боеприпасы. Логико-графиче- ская модель управления безопасностью РГЗ в условиях неопределенности представлена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Логико-графическая модель управления безопасностью РГЗ в условиях неопределенности

Рассмотрим следующий подход. По аналогии с методологией теории надежности введем понятие потока инициирующих воздействий на боеприпас, под которым будем понимать последовательность инициирующих воздействий, происходящих одно за другим в случайные моменты времени. Показательной харак-

138

теристикой определим ведущую функцию потока воздействий на боеприпас (не обязательно приводящих к инициирова-

нию) Λ(τ) :

где [N(τ)] – случайное число воздействий на боеприпас за время τ .

Обозначим через ψ1,ψ2 ,ψ3 отображения, ставящие в соответствие показателю потока воздействий на боеприпас ( Λ(τ) )

вероятности инициирования ( Pr' ) через функцию причины ини-

j

циирования ( Q(τ)rj ):

Данные соотношения характеризуют связь ведущей функции с вектором вероятности инициирования.

Перейдем от количественных значений параметров иниции-

рования боеприпасов и ВВ ( X'' ) к их математическим ожидани-

ям, характеризующим воздействие на боеприпас s-го поражающего фактора за время τ :

где Ns' (τ) – случайное значение параметра s-го поражающего фактора за время τ .

Установим связь между показателем потока воздействий на боеприпас ( Λ(τ) ), случайными значениями поражающих факто-

ψ5 : Λ(τ)'r1 → Ns'1 (τ) → Pr1' ; s1 = 1, N1 ; r1 = 1,T1

Таким образом, установлена связь между вероятностями инициирования боеприпасов и причинами их инициирования.

Вероятности возникновения и развития аварийных ситуаций при хранении РГЗ зависят не только от вероятностей возникновения неблагоприятных событий, но и от управляющих решений, направленных на предотвращение развития аварии.

Так, вероятность возникновения k-го факта инициирования, приводящего к j-ой аварийной ситуации, зависит от инициирующих воздействий и управляющих решений, направленных на предотвращение развития аварийной ситуации:

предотвращение о-го инициирования, вызванного отказом технологического оборудования, где T то – общее количество управляющих решений, направленных на предотвращение о-го инициирования, вызванного отказом технологического оборудования;

управляющие решения ( ur3 , r = 1, Rрэ ) , направленные на

r0 0

предотвращение о-го инициирования, вызванного нарушением режима эксплуатации боеприпасов и взрывчатых веществ, где Rрэ – общее количество управляющих решений, направленных на предотвращение о-го инициирования, вызванного нарушением режима эксплуатации боеприпасов и взрывчатых веществ;

140