книги / Развитие теории анализа аварийной ситуации при хранении взрывчатыхз веществ

управляющие решения ( utr5 , t1 =1,T пф ) , направленные на

1

предотвращение о-го инициирования, вызванного воздействием поражающих факторов взрыва, где T пф – общее количество управляющих решений, направленных на предотвращение о-го инициирования, вызванного воздействием поражающих факторов взрыва.

Модель процесса управления причинами возникновения инициирований боеприпасов и взрывчатых веществ представим в виде вектор-функции Ф от параметров состояния системы управления безопасностью в момент внешнего воздействия:

t0 =1,T то , w0 =1,T пф , r0 =1, Rрэ , о = 1,О' , s =1, N ,

где d ' – вектор множества компонентов системы рассредоточенной группы зарядов, на которые осуществляется воздейст-

вие; vs' – вектор множества инициирующих воздействий на РГЗ;

Ej0 – вектор неопределенных параметров внешних воздействий.

Вероятность возникновения j-ой аварийной ситуации от о-ых причин инициирования для z-ой РГЗ определяется:

локализации о-ых причин инициирования, приводящих к j-ой аварийной ситуации ( j0 =1,J , где J – общее число управляю-

щих решений по локализации j-ой аварийной ситуации). Модель процесса управления безопасностью при возникно-

вении j-ой аварийной ситуации представим в виде векторфункции:

ния и развития j-й аварийной ситуации; Qu – количество управ-

ляющих решений, направленных на предотвращение развития аварии по q-му сценарию от i-го фактора.

Очевидно, что минимизация k-го вида риска Rkzjq в z-й РГЗ

достигается за счет правильного выбора вектора управляющих решений, направленных на снижение неопределенностей причин инициирования и их развитие в аварийные ситуации.

Вектор управляющих воздействий по предотвращению возникновения аварии z-й РГЗ и ее дальнейшего развития можно записать следующим образом [91]:

ние аварийной ситуации. Эффективное управление в этом случае связано с постоянным мониторингом состояния РГЗ и прогнозированием возможных изменений.

Управляющие решения uzji связаны с недопущением рас-

пространения аварийной ситуации и снижением тяжести ее последствий.

Модель процесса управления безопасностью по предотвращению развитияаварийной ситуации в РГЗможно представить как:

Ф(uzji ,d ' , vs' , Еqijk , Fnqk , M ) = 0 , j =1,J , s =1, N , (5.17)

гдеFnqk – последствия воздействия поражающих факторов аварийного взрыва боеприпасов и ВВ, приводящих к k-м видам

ущерба (где n =1, N ' количество поражающих факторов для q-го сценария развития аварии); M – масса и свойства хранимых взрывчатых веществ и боеприпасов.

Модель процесса управления безопасностью по локализации распространения аварии:

z

Ф(u jq , Fnqk , M ,n,q,k) = 0 , j = 1,J , s =1, N , n =1, N ' . (5.18)

143

Обобщенную модель процесса управления безопасностью запишем в виде:

где Fni – вектор n-ых поражающих факторов и негативных воз-

действий на РГЗ; Еqi – вектор неопределенных параметров по-

ражающих факторов.

Общий вектор управляющих решений по управлению безопасностью хранения РГЗ:

Ущерб k-го вида, возникающий в результате аварии от j-й ситуации по q-му сценарию, зависящий от состояния системы на

момент возникновения аварии ( d ' , vs' , Еq ) от массы и свойств

взрывчатых веществ, типа хранимых боеприпасов, вида поражающих факторов, представим в виде выражения:

Yjqkz = f (d ' , vs' , Fnqk , M , Еq ) , s = 1, N , k = 1, K , q = 1,Q , j = 1,J .(5.21)

Формально задача управления безопасностью может быть сформулирована как задача минимизации ущербов k-го вида в результате взрыва боеприпаса (ВВ) в РГЗ при обеспечении допустимого или приемлемого видов риска:

где Ω – состояние системы боеприпасов при возникновении аварийной ситуации.

Минимизация ущерба от аварийной ситуации в общем случае достигается за счет принятия управленческих решений, обеспечивающих:

постоянный мониторинг состояния боеприпасов и взрывчатых веществ;

144

уменьшение количества неопределенных параметров внешних воздействий;

оптимизацию размещения хранимых взрывчатых веществ и боеприпасов;

уменьшение масштабов воздействий поражающих фак-

торов.

В общем случае система боеприпасов может иметь несколько последовательно развивающихся состояний:

Состояние Ω0z соответствует отсутствию аварийных воз-

действий на РГЗ, управляющие решения направлены на мониторинг состояния боеприпасов, взрывчатых веществ и прилегающей территории.

Состояние Ω1z соответствует возникновению j-ой аварий-

ной ситуации от о-го инициирования в z-й группе боеприпасов. Управляющие решения направлены на минимизацию возможного ущерба за счет локализации аварии.

Состояние Ω2z предполагает развитие j-ой аварийной ситуа-

ции по q-му сценарию. Управляющие решения направлены на минимизацию возможного ущерба за счет локализации аварии и недопущение распространения аварии на всю РГЗ.

5.2. Логико-графические и логические модели анализа риска в рассредоточенной группе зарядов

Исследования в области математического обеспечения системы управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов предполагают выделение следующих направлений:

анализ и оценка риска хранения боеприпасов и взрывчатых веществ;

управление безопасностью хранения боеприпасов и взрывчатых веществ;

моделирование процессов, возникающих в ходе аварийных ситуаций.

145

Первое направление базируется на методологии анализа и оценки риска сложных систем, второе – на методологии ситуационного управления, методах искусственного интеллекта, системах поддержки принятия решений по управлению безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов. Третье направление определяется математическими моделями развития аварийной ситуации.

Применительно к рассредоточенной группе зарядов рассматриваются три класса моделей: логико-графические и логические – для анализа риска и управления безопасностью, а также вероятностные – для оценки риска.

В условиях массового хранения боеприпасов и ВВ каждая аварийная ситуация может развиваться по нескольким сценариям и представляет собой некоторую последовательность факторов риска. Для установления причинно-следственных связей между аварийными ситуациями, факторами риска и сценариями их развития предлагается логико-графическая модель развития аварии в РГЗ (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Логико-графическая модель развития аварии в рассредоточенной группе зарядов

146

В данной модели рассматриваются пять типовых ситуаций, соответствующих возможным сценариям развития аварии (Si):

S1 – полное разрушение хранилища в результате аварийного взрыва с возгоранием;

S2 – частичное разрушение хранилища в результате аварийного взрыва с возгоранием;

S3 – взрыв без разрушения с возгоранием;

S4 – инициирование отдельного боеприпаса без инициирования рядом хранящихся боеприпасов;

S5 – инициирование группы боеприпасов с диспергированием взрывчатого вещества.

Причинами возникновения аварийных ситуаций являются(Рj): Pj1 – нарушение режима эксплуатации боеприпасов;

Pj2 – воздействие поражающих факторов взрыва; Pj3 – террористические действия;

Pj4 – прочие причины (землетрясения, авиакатастрофы);

Pj5 – механическое воздействие на боеприпасы и ВВ (падения, удары, неисправность технологического оборудования).

Конечным событием в процессе анализа и оценки риска является величина вида риска. R1 – экологический риск; R2 – социальный риск; R3 – экономический риск.

При анализе риска и управления безопасностью все события, которые имеют место в процессе развития аварийной ситуации и приводят к какому-либо виду риска, могут рассматриваться как управляемые величины. При наступлении фактической аварии оценивается фактический риск, а при создании системы управления безопасностью хранения рассредоточенной группы зарядов необходимо оценивать возможный потенциальный риск [91].

Логическая модель представляет собой совокупность логических выражений, характеризующих последовательность развития аварии. Основные типичные выражения для анализа риска:

риска может быть вызван одной из аварийных ситуаций;

147

Fj → (R1 R2 R3 ), j =1, М – некоторые из факторов риска могут привести к одному из видов риска;

R1 → R2 – возникновение экологического риска может

привести к социальному риску;

Si → (Fj Si−1 ) – отдельные аварийные ситуации могут

приводить как к факторам риска, так и к другим аварийным ситуациям.

Приведем логические модели анализа риска для каждого из сценариев возникновения и развития аварии.

Ситуация S1:

(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj 4 Pj5 ) → S1, S1 → (F1 (R1 R2 R3 ),

S1 → (F3 (R1 R3 ),

S1 → F1.

Ситуация S2:

(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj 4 Pj5 ) → S2 , S2 → F1,

S2 → (F1 (R1 R2 R3 ).

Ситуация S3:

(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) S4 → S3 , (Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) → S3 ,

S3 → F2 ,

S3 → (F2 R1 R3 ),

S3 → S4 (F2 R1 R3 ).

Ситуация S4:

(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) → S4 , S4 → F2 ,

S4 → (F2 R3 R1 ).

Ситуация S5:

(Pj1 Pj 2 Pj3 Pj5 ) → S5 , S5 → F4 ,

148

S5 → (F4 R3 ) (F3 R1 R3 ),

S5 → (S4 F2 R3 ).

Таким образом, приведенные выражения описывают возможные сценарии возникновения и развития аварийной ситуации в условиях массового хранения боеприпасов и ВВ. В соответствии с логической моделью анализа риска формируются вероятностные модели оценки риска.

5.3. Структура автоматизированной системы управления безопасностью хранения типовых боеприпасов и взрывчатых веществ

Для повышения безопасности хранения боеприпасов и взрывчатых веществ в данной работе предлагается создать автоматизированную систему управления (АСУ) безопасностью хранения РГЗ с использованием современных методов управления, опирающихся на средства искусственного интеллекта. Для эффективного решения всего спектра задач обеспечения автоматизированного управления безопасностью РГЗ определены следующие функции моделируемой системы:

автоматизированный сбор информации о текущем состоянии РГЗ;

накопление, обработка и хранение данных, необходимых для поддержки принятия управленческих решений;

автоматизированный анализ сценариев развития аварии

вРГЗ на базе предложенных математических моделей;

автоматизированное формирование альтернативных сценариев управления для минимизации последствий аварии.

Выделим для АСУ безопасностью хранения РГЗ следующие принципы построения: системность, развитие, совместимость, стандартизация, эффективность.

Принцип системности заключается в том, что при декомпозиции должны быть установлены такие связи между структурными элементами РГЗ, которые обеспечивают целостность АС и ее взаимодействие с другими системами. Системный подход должен применяться при проектировании как объекта хранения боеприпасов, так и системы управления в процессе их

149

совместного функционирования. Принципы системного подхода должны проявляться при разработке всех видов обеспечения. В математическом обеспечении используется совокупность взаимосвязанных моделей для прогнозирования аварийных ситуаций. В программном обеспечении необходимо применять единообразную структуру построения, программную совместимость, использовать общие пакеты прикладных программ. В информационном обеспечении должна быть единая информационная база, единая система классификации.

Принцип развития заключается в том, что, исходя из перспектив развития объекта хранения боеприпасов, АС должна создаваться с учетом возможности пополнения и обновления функций и состава РГЗ без нарушения ее функционирования. Принцип предусматривает возможность ввода новых и совершенствования решаемых задач как при поэтапном вводе АСУ безопасностью хранения РГЗ в действие, так и при дальнейшем ее развитии, сохраняя при этом целостность и взаимосвязи между задачами. При разработке АСУ, для которой существуют аналоги, следует использовать опыт предыдущих разработок.

Принцип совместимости заключается в том, что при создании АСУ безопасностью хранения РГЗ должны быть реализованы информационные интерфейсы, благодаря которым она может взаимодействовать с другими системами в соответствии с установленными правилами. Совместимость АС включает техническую, программную, информационную, организационную и другие составляющие.

Принцип стандартизации заключается в том, что при создании АСУ безопасностью хранения РГЗ могут быть применены типовые, унифицированные и стандартизованные элементы, проектные решения, пакеты прикладных программ. Уровень типизации может быть различным: от уровня подсистем и выполняемых ими функций до типовых программ решения специальных задач.

Принцип эффективности заключается в достижении рационального соотношения между затратами на создание АСУ безопасностью хранения РГЗ и поставленными целями, включая

150