Розробка методів управління техногенною безпекою міста на основі імовірнісних структурно-логічних моделей небезпек виробництв

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Національна Академія Наук України

Інститут проблем моделювання в енергетиці

ім. Г.Є. Пухова

21.06.01 - Екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розробка методів управління техногенною безпекою міста на основі імовірнісних структурно-логічних моделей небезпек виробництв

Бєгун Василь Васильович

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті проблем моделювання в енергетиці ім. Г. Є. Пухова НАН України

Науковий керівник доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

Сердюцька Людмила Федорівна

Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г. Є. Пухова НАН України, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук,

старший науковий співробітник

Казачков Іван Васильович,

Національний технічний університет України “КПІ”,

професор;

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Каменева Ірина Петрівна,

Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г. Є. Пухова НАН України.

Провідна установа Інститут проблем національної безпеки при Раді Національної безпеки і оборони України, відділ техногенної безпеки і технологічної политики.

Захист відбудеться “21” травня 2007 р. о 14оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.185.02 в Інституті проблем моделювання в енергетиці ім. Г. Є. Пухова НАН України за адресою: 03164, м. Київ, вул. Генерала Наумова, 15.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г. Є. Пухова НАН України за адресою: 03164, м. Київ, вул. Генерала Наумова, 15.

Автореферат розісланий “24” квітня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат фізико-математичних наук Горошко І.О.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Однією з найбільш важливих областей життєдіяльності людства, що викликає незмінний інтерес, є безпека та її дослідження фахівцями різних галузей. Техногенна безпека як основа екологічної безпеки повинна регулюватись державою в першу чергу. Техногенні ризики створюють основне антропогенне навантаження на екологічні системи, тому розрахунки та запобігання ризику, управління ризиками стають найважливішими державними задачами. В основу чинного законодавства покладені європейські положення про безпеку, що ґрунтуються на визначенні ризику (Директива СОВЕЗО-ІІ та інші), але нормативні документи нижчого рівня потребують суттєвого доопрацювання. Через це маємо невизначеності з нормативною базою, що містить забагато протиріч та робить неможливим в такий спосіб регулювання безпеки.

Основна робота з регулювання безпеки - декларування, тобто розрахунок техногенного ризику, недостатньо науково і методично описана, тому декларування, як основної процедури регулювання безпеки, на цей час фактично немає. Як наслідок не впроваджено ринкові механізми регулювання безпеки, в зв'язку з чим держава несе великі збитки.

Визначення чинників, що найсильніше впливають на імовірність небажаної події, вибір варіантів найбільш ефективного управління ризиком і, як результат, ефективне запобігання надзвичайним ситуаціям стають умовою функціонування не тільки складних технічних систем, але й багатьох інших, в тому числі, соціогенних систем. Як показує аналіз останніх, у тому числі, і колективних вітчизняних досліджень, створення сучасної наукової та нормативно-правової бази забезпечення життєдіяльності людини та суспільства в Україні, гармонізованої із сучасними міжнародними вимогами, є актуальним.

Для різноманітних застосувань імовірнісних методів у техніці потрібні статистичні дані для великої кількості подій, випадків та інцидентів. Такі дані, безумовно, існують, але для використання в розрахунках потрібна їх обробка, визначення статистичних характеристик та формування національних баз даних з безпеки. Найкращим, на думку автора, підходом до вирішення цієї проблеми є поєднання цілеспрямованих досліджень для одержання нової, більш достовірної, інформації стосовно даних та побудова теоретичних оцінок на основі сучасних стохастичних структурно-логічних моделей для досягнення узгодженого опису. Порівнюючи теоретичні розрахунки із статистичними даними, можна отримати інформацію про причинно-наслідкові механізми випадкових подій надзвичайних ситуацій та запобігти антропогенному забрудненню довкілля. Відповідні теоретичні моделі та вибраний набір параметрів для цих моделей можуть бути використані для теоретичних оцінок безпеки у випадку, коли статистичні дані відсутні або недостатньо надійні.

Як доведено в багатьох наукових роботах з екології, сучасне ставлення до регулювання безпеки потребує оцінки екологічного ризику, особливо в регіонах з високим рівнем техногенного навантаження, але на цей час відсутні концепції та підходи наукового та математичного забезпечення цих задач. Визначення інтегрального ризику, що створюють декілька підприємств різного профілю для населення і довкілля при нормальних умовах та під час аварій, до цього часу залишається невирішеною задачею. Через ці причини комп'ютерно-орієнтованих методів та алгоритмів комплексного управління рівнем безпеки також не існує.

Таким чином, одержання нової та уточнення існуючої інформації про випадкові процеси в надзвичайних ситуаціях й небезпечних випадках на виробництві, побудова структурно-логічних стохастичних моделей і перевірка їх застосування до описів випадкових процесів, розробка на їх основі методів та методик оцінок ризику є актуальним питанням моделювання, вирішення якого сприятиме не тільки розширенню теоретичних уявлень про механізми випадковості на виробництві, але також - розвитку методів запобігання небажаних подій в усіх областях техніки і технології. Дисертаційна робота присвячена вирішенню вказаних проблем.

Закон України “Про об'єкти підвищеної небезпеки” (далі ОПН) №2245 від 18.01. 2001 р. передбачає декларування безпеки ОПН як методу докорінного підвищення безпеки. Рекомендовано проводити розрахунки на основі спеціальних методик. Але “Методика визначення ризиків та їх прийнятних рівнів для декларування безпеки об'єктів підвищеної небезпеки”, яка затверджена наказом Мінпраці за №637 на вимогу постанови Кабінету Міністрів за №956 від 11.07. 2002 р. не вирішує всіх проблем, не передбачає комп'ютерних програм, тому потребує суттєвого доопрацювання.

В роботі пропонується розв'язання задач ризик-орієнтованого підходу забезпечення безпеки ОПН і довкілля на основі імовірнісних структурно-логічних моделей, та пропонується відповідне математичне, алгоритмічне й програмне забезпечення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлена дисертація виконувалась у відповідності до тематичного плану Інституту державного управління в сфері цивільного захисту (ІДУ ЦЗ) МНС України в рамках науково-дослідної роботи за темою: “Розробка змістової частини галузевих стандартів вищої освіти підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційних рівнів молодшого спеціаліста та бакалавра щодо освіти з питань цивільної оборони, охорони праці, екології та безпеки життєдіяльності” 2002 р., що є частиною комплексної науково-дослідної програми на виконання Постанови Кабінету Міністрів України "Про удосконалення системи підготовки, перепідготовки та підвищення кваліфікації керівних кадрів і фахівців у сфері цивільного захисту" від 26.07. 2001 р. за №874. Подальший розвиток ідей та методів моделювання відбувся під час роботи за бюджетною темою ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова: “Розробка і дослідження принципів побудови адаптивних систем забезпечення безпечного функціонування складних технологічних об'єктів”, шифр “ДЕК”, 2004 р., та в співпраці з Національним науково-дослідним інститутом охорони праці (ННДІОП) за темами:

“Дослідження ризиків виникнення аварій на об'єктах підвищеної небезпеки та визначення шляхів щодо зниження їх рівня”, бюджетна тема, шифр 15/5, держреєстрація (ДР)
№ 0105U001354;

“Розроблення і складення декларації безпеки ВАТ „Нафтохімік Прикарпаття”, ДР № 0104U007872;

“Розроблення і складення декларації безпеки ЗАТ „Магній””, ДР №0105U001353;

“Розроблення і складення декларації безпеки об'єктів підвищеної небезпеки структурних одиниць ВАТ „Укрнафта”, ДР № 0105U003396;

та Всеукраїнським інститутом цивільного захисту населення та територій від ризику техногенного та природного походження за темами:

“Розробка Правил цивільного захисту населення та територій”, розділ “Загальні вимоги щодо розміщення потенційно небезпечних об'єктів”, 2004 р.;

“Розроблення та впровадження комплексу математичних моделей, методів, алгоритмів та програмних засобів оцінки ризиків виникнення надзвичайних ситуацій, прогнозування їх розвитку, оптимізації розподілу матеріальних та фінансових ресурсів”, ДР № 0104U004793, 2004 р.;

“Розроблення та впровадження практичних методів і рекомендацій щодо переходу на систему аналізу та управління ризиками як основу регулювання безпеки населення і територій, забезпечення гарантованого рівня безпеки громадянина, суспільства”, ДР №0105U008185, 2005 р.

В 2005 році автором за госпрозрахунковими договорами ІДУ ЦЗ МНС України виконана низка науково-дослідних робіт (всього 9) з експертизи декларацій безпеки ОПН України.

Під час виконання відповідних науково-дослідних робіт автор представленої дисертаційної роботи брав участь у підготовці та проведенні досліджень, здійснював розробки нових програм навчання різних категорій спеціалістів, проводив теоретичні розрахунки, брав участь у написанні відповідних розділів звітів, стандартів та посібників.

Мета і задачі дослідження. Обґрунтування теоретичних основ оцінок ризику для довільної ділянки великого міста або регіону (територіальний ризик) на основі імовірнісних структурно-логічних моделей небезпечних виробництв та розробка алгоритмів оптимального управління безпекою міста.

Мета досягається вирішенням наступних задач:

Розробка методики створення імовірнісних структурно-логічних моделей небезпечних виробництв на основі імовірних сценаріїв аварій та технології виробництва.

Розробка методу розрахунків ймовірностей можливих помилок персоналу виробництва та їх урахування у моделях аварій.

Розробка методу та алгоритмів урахування декількох суміжних небезпечних виробництв в розрахунках територіального ризику.

Розробка методу та алгоритмів вибору чинників або факторів (параметрів) технологій для забезпечення оптимального управління безпекою (територіальний ризик), з урахуванням суміжних небезпечних виробництв.

Об'єктом дослідження є техногенні ризики підприємств міста (регіону), що впливають на стан екологічної безпеки міста.

Предметом дослідження є методи імовірнісного аналізу безпеки для оцінки ризику небезпек ОПН з використанням структурно-логічних моделей, оцінки на їх основі стану екологічної безпеки регіону із урахуванням усіх небезпечних виробництв та розробка методів управління ризиком виробництв із урахуванням усіх небезпечних й шкідливих чинників ОПН регіону та можливих помилок людини у процесі виробничої діяльності.

Методи дослідження. Використані методи теорії ймовірностей щодо класифікації подій, що пов'язані з відмовами устаткування і обладнання, випадкових відхилень у технологічному процесі, можливих помилок людини в процесі виробництва. Методи математичної статистики використані для визначення числових характеристик випадкових процесів у виробництвах, в тому числі, й законів розподілу. Методи теорії графів і булевої алгебри використовувались для формування структурно-логічної моделі. Для виділення, опису та визначення впливу людського чинника застосовані методи системного аналізу, теорії графів та ергономіки.

Наукова новизна одержаних результатів.

Запропоновано нову методику оцінки техногенного ризику виробництв на основі побудови й дослідження імітаційних структурно-логічних моделей небезпек виробництв з урахуванням можливих помилок персоналу (людського чинника). Отримана можливість застосування комп'ютерно-орієнтованих методів управління рівнем безпеки виробництв, їх впливу на довкілля й відповідного державного контролю.

Розроблено метод перетворення багатофакторної системи параметрів, що характеризують безпеку виробництв, в систему числових значень розрахункових параметрів моделі. Це дозволило враховувати всі параметри реального стану виробництв у комп'ютерній моделі.

Розроблено метод відображення системи значимих випадкових послідовностей параметрів в логіко-структурну модель, що надає можливість визначати рівень безпеки виробництва з задовільним ступенем невизначеності. техногенна безпека територіальний ризик

Розроблено метод опису та оцінки стану безпеки виробництв та його впливу на довкілля шляхом аналізу логіко-структурних моделей, що дозволило отримувати кількісні оцінки параметрів, що характеризують безпеку виробництв, прогнозувати рівень забруднення довкілля та смертності населення.

Запропонований метод інтегральної оцінки ризику виробництва з урахуванням людського чинника надає можливість формулювання вимог щодо надійності обладнання ОПН і підготовки персоналу, регулювання ризику в умовах ринкової економіки шляхом встановлення відповідних страхових тарифів й процедур ліцензування видів діяльності та ліцензування персоналу.

Розроблено основний зміст процедур декларування, що потребують висвітлення у методиках розробки декларацій.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені методи, алгоритми та адаптовані програмні засоби відображують та роблять доступними на інженерному рівні всі процедури управління безпекою міста, з урахуванням суміжних небезпечних виробництв, і можуть застосовуватись для підтримки прийняття управлінських рішень, моніторингу та експертизи об'єктів виробництва, що проектуються, нових та існуючих. Впровадження результатів роботи дозволяє значно скоротити втрати від надзвичайних ситуацій за рахунок підвищення ефективності заходів для запобігання аваріям . Ця робота покладена також в основу новітніх стандартів вищої освіти з напрямку “Безпека життя та діяльності” та спецкурсу “Імовірнісний аналіз безпеки АЕС” у вищих навчальних закладах.

Державні стандарти вищої освіти з нового напряму безпеки мають надзвичайно важливе значення тому, що спеціальна освіта є необхідною умовою профілактики, попередження надзвичайних ситуацій. Вони забезпечують формування змісту освіти, який дає змогу випускнику вищого навчального закладу виконувати професійні завдання на сучасному рівні розвитку наук про безпеку, що визначаються вимогами у сфері праці, науки, культури. Саме професійні завдання мають виконуватись з усвідомленням приоритетного значення безпеки, з урахуванням новітніх досягнень у сфері наук про безпеку.

Результати розробок впроваджені в Інституті державного управління у сфері цивільного захисту, Університеті цивільного захисту України, Національному науково-дослідному інституті охорони праці, Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут”.

Особистий внесок здобувача. Основою представленої дисертації є практичні результати, тому всі наукові праці [37, 47, 53-54, 102-110] опубліковані у співавторстві. Згідно з листом розподілу робіт, особисто здобувачем розроблено більш ніж 80% посібника “Імовірнісний аналіз безпеки АЕС”, внесок в інші роботи теж складає близько 80 відсотків.

Апробація результатів дисертації. Основні результати, які представлені в дисертації, доповідались та обговорювались на 15 наукових конференціях та семінарах: “Методологія ІАБ в забезпеченні життєдіяльності людини та суспільства” ІДУЦЗ МНС України, 23 травня 2001 року; "Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика" НАУ (2002, 2003, 2007 рр.); щорічна науково -технічна конференція ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова (2003 - 2005 рр.); науково - практичні конференції МНС України (2002 - 2006 рр.); “Высшая школа проблемы и перспективы” “Высшая школа”, Мінськ, 23.11. 2004 р.; „Проблеми системних міждисциплінарних досліджень” під керівництвом академіка М.З. Згуровського НТУУ “КПІ” 24.01. 2006 р.; „Управління техногенною безпекою міста на основі імовірнісних структурно - логічних моделей небезпек виробництв” під керівництвом д.т.н., проф. Гомелі М.Д. НТУУ “КПІ” 15.02. 2007 р.; “Застосування інформаційних технологій для підвищення ефективності управління у сфері цивільного захисту”, АЦЗУ МНС України, Харків, 2006 р.; “Математичне і імітаційне моделювання систем. МОДС - 2006” ІПММС НАН України, 26-30.06. 2006 р.

Публікації. Всі результати, які представлені в роботі, опубліковані у більш ніж 40 роботах, в тому числі, дванадцятьох статтях у наукових виданнях за переліком, затвердженим ВАК України, у тезах п'ятнадцятьох Міжнародних конференцій, затверджених стандартах вищої освіти, у двох навчальних посібниках для вузів, колективній монографії та відповідних наукових звітах.

Структура та обсяг робіт. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, списку використаних джерел (117 найменувань) та додатків, обсяг роботи 190 сторінок, з яких текст - 157 сторінок, 29 рисунків, 18 таблиць, 4 додатки. В додатках представлені акти впровадження дисертаційних досліджень та результати розрахунків в повному обсязі.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано вибір теми, актуальність, об'єкт, предмет, мету та завдання дослідження, його методологічну й теоретичну основи, розкрито теоретичну й практичну значимість одержаних результатів.

В першому розділі коротко подається історія появи та розвитку імовірнісних структурно-логічних методів для обґрунтування безпеки, аналізуються об'єктивні та суб'єктивні причини неприпустимо повільного їх впровадження в наукову практику в Україні, проводиться огляд законодавчої бази, існуючих методів розрахунку безпеки. Оцінка стану охорони праці в моделі забезпечення 100% безпеки, яка досі існує в нашій країні, виконувалась та й зараз визначається коефіцієнтами, що розраховуються на основі грошових витрат. Проводяться також прямі статистичні оцінки ризику смертності як відношення кількості загиблих до кількості працюючих, які свідчать про його відносно стабільне значення протягом багатьох років, рис. 1, що доводить низьку ефективність системи управління безпекою.

В другому розділі наводиться опис теоретичних основ імовірнісних структурно-логічних моделей складних систем. Наводяться загальні принципи побудови імовірнісних моделей та опис аналізу систем і розрахунку імовірності будь-якої небажаної події довільної системи.

Об'єктом моделювання є множина випадкових подій хi € М виробничих процесів підприємств регіону та несприятливого їхнього збігу, що приводить до ризиків смерті, травмувань (тілесних ушкоджень) чи профзахворювань персоналу, населення, або до значних екологічних наслідків - небажаних випадків (НВ).

Метою створення математичної імовірнісної моделі є визначення найбільш значимих подій і їхніх поєднань, що приводять до НВ, визначення на основі отриманих знань політики підприємства у сфері екологічної безпеки, заходів щодо зниження ризиків виробництв, а також визначення інтегральної оцінки стану безпеки регіону шляхом системного вивчення моделі. Якщо моделювати всі уражаючі фактори виробництв, підприємств регіону у залежності від масштабів аварій, отримаємо значення ризику для персоналу, населення чи забруднення довкілля. Такі моделі відображають раптові події - аварії, можливі сценарії їх розвитку та кінцеві стани.

Нехай в регіоні, або місті існує k виробництв, для кожного виробництва існує i уражаючих факторів виробничого процесу і j вихідних подій для кожного випадкового процесу уражаючого фактора. Тоді, вважаючи вихідні

події незалежними, імовірність небажаної події Р можна записати у вигляді функціоналу:

де Fkij(xi) - деякі булеві функції, що характеризують окреме виробництво у кожному окремому випадку. З точки зору безпеки ці функції відображають імовірність виникнення уражаючого фактору і на k-му виробництві. Випадкові події х, як то: відмова устаткування, людська помилка чи несприятлива умова, називаємо базисними подіями.

Оскільки k, i, j - можуть набувати великих значень, у загальному випадку визначення залежностей (1) може викликати труднощі, тому бажано здійснити спрощення, формалізуючи і систематизуючи модель відповідно до нижченаведених принципів.

На підставі досвіду виробництва або галузі варто відбирати тільки значимі фактори ризику i, тобто такі, які вносять рівнозначний вклад у загальний ризик із заданим ступенем точності. Те ж відноситься і до вихідних подій j, які можна поєднувати в групи з можливим загальним сценарієм розвитку подій (групування вихідних подій) з подальшим розглядом цього сценарію для всієї групи.

В третьому розділі наводяться теоретичні основи управління ризиком, узагальнено, систематизовано та методологічно опрацьовано методики розрахунку ризиків ОПН, з врахуванням імовірних помилок людини-оператора (вперше на Україні), що покладено в основу концепції законодавства України про управління ризиком, розробленою за участю автора Доведено, що задача управління ризиком при використанні імовірнісного структурно-логічного моделювання зводиться до задачі пошуку екстремуму з обмеженнями, рішення якої можливе різними відомими методами. Розроблення методики управління техногенною безпекою міста здійснено на основі наведеної теоретичної бази. Початкові умови для розрахунків за методикою представлені у виді, що звичайно мають місце на виробництві до декларування: проведена ідентифікація ризиків й розроблено план ліквідації аварійних станів (ПЛАС); ідентифіковано n факторів небезпек, Sn сценаріїв по кожній, kn можливих кінцевих станів (КС), які відомі; умови переходу від сценарію Sn-k до сценарію Sn невідомі, нечітко визначені системи безпеки (СБ), їх стан та роль оператора в аварії; правильні дії персоналу відомі з ПЛАС.

Наводиться також процедура обстеження опн до декларування, зміст якої викладено як процедури попереднього аналізу для виконання розрахунків техногенної безпеки. Процедура розробки імовірних сценаріїв та розрахункової моделі є основною процедурою методики. Основні операції процедури сформульовані в наступних положеннях:

Для фактора небезпеки f є n, будується дерево подій (ДП), яке відображає один з імовірних сценаріїв, з можливими розгалуженнями при відмовах СБ, або помилках персоналу, звідки утворюється множина аварійних послідовностей (АП) ХАП = 2m-1 з kn - кінцевими станами.

Для кожної СБ будується дерево відмов (ДВ), відповідно до загального алгоритма побудови ДВ та проводиться його аналіз з дотриманням наступних умов:

обов'язкове урахування людського чинника (ЛЧ),

проводиться попередня підготовка даних, в т.ч.: урахування остаточного ресурсу, даних статистики підприємства відмов обладнання й помилок персоналу,

при недостатній статистиці підприємства використовуються Байєсовські методи урахування відмов відповідно до статистики галузі,

при аналізі ДВ обов'язкове отримання множини мінімальних перерізів (МП), обов'язково проводиться аналіз важливості,

вибір типів розрахунків проводиться в залежності від режиму роботи елементів і системи в цілому.

Проводиться зв'язок ДВ і ДП, отримується єдина модель для кожної вихідної події (ВП), з наступним аналізом аварійних послідовностей (АП). Алгоритм розробки запобіжних мір для конкретних АП розробляється на основі розрахунків з урахуванням важливості подій для АП, що розглядається.

Аналіз КС проводиться для кожної АП однієї вихідної події чи для групи ВП за аналогією з аналізом систем.

Процедура урахування ЛЧ передбачає, що методика THERP використовується як основна методика розрахунку імовірності помилок персоналу. Процедура урахування декількох суміжних виробництв також викладена на підставі наведеного теоретичного матеріалу та досвіду, передбачає наступні можливі варіанти взаємного впливу небезпечних подій аварій Хі та Хj:

Події Хі та Хj на відстані прямої дії, звідки випливає можливість їхнього урахування як зовнішньої ВП в кожному розрахунку.

Події Хі та Хj впливають на одну точку простору і мають той же уражаючий фактор, але не мають взаємного впливу.

Події Хі та Хj впливають на одну точку простору, але вражаючі фактори різні.

Ці варіанти взаємного впливу небезпечних подій надають можливість об'єднання розрахунків небезпек об'єктів на рівні не тільки міста, а й регіону.

Процедура вибору оптимального управління ризиком, як складова методики, передбачає, що вибір оптимального управління ризиком здійснюється на основі аналізу систем за їх імовірнісними імітаційними структурно-логічними моделями із визначенням мінімальних перерізів (МП) систем для всіх ініціюючих подій і кінцевих станів (КС). Тобто, якщо існує модель Ri системи, то на основі процедур, що описані, визначається послідовність МП - {Eki}. Також визначається важливість базисних подій, що входять в модель, та проводиться відповідне їх ранжування за параметром важливості (наприклад, за коефіцієнтом зменшення ризику), тим самим утворюючи спадаючу випадкову послідовність базисних подій {Xi}. Розробка пропозицій щодо підвищення рівня безпеки регіону на основі розрахунків здійснюється розв'язком задачі оптимізації. Урахування нормативних вимог пропонується здійснювати базисними подіями моделі.

Побудову структурно-логічних моделей нещасних випадків на виробництві розглянуто на вибраному прикладі небезпечного випадку (НВ) конкретного виробництва. В моделі, що розглядається, ймовірність НВ залежить від 37 подій, що характеризуються як недоліки охорони праці. Усі події, безумовно, важливі, але від кожної з них імовірність НВ залежить по-різному. Є комбінації подій, що призводять до НВ із найбільшою імовірністю, але є також події, поєднання яких ні за яких умов не призводить до НВ.

Небажану подію визначаємо як небезпечний випадок НВ. Якщо в результаті вибуху вимикача відбувся викид гарячої олії і постраждали робітники, то, як найбільш загальний випадок, за НВ приймаємо летальний результат для операторів (D1), що виконували роботу. На рис. 2 представлено ДВ, де введені наступні позначення (відображено тільки 3 базисні події, інші події та дерева відмов відображено в повному тексті роботи):

D1 - летальний результат для електромонтерів, D2 - поява несправності трансформатора, D3 - оператор не зміг відновити систему, що відмовила, D4 - відсутність засобів захисту на робочому місці, D5 - відсутність допомоги постраждалим, D6 - вибух, пожежа на підстанції, D7 - опіки, тілесні ушкодження, D8 - трансформатор несправний. Відзначимо, що D1 - D8 - це складні події, зв'язані логікою дерева відмов D1, крім них, у D1 входять наступні базисні події: KZ - коротке замикання ліній споживача, SGR - не спрацював токовий захист трансформатора, OF - підключення лінії споживача до трансформатора.

Вважаємо, що НВ має місце, якщо оператор одержав значні опіки та тілесні ушкодження (D7) і йому не надана вчасно медична допомога (D5). Обидві причини D7 і D5 потребують подальшого аналізу. Значні опіки і тілесні ушкодження (D7) будуть мати місце, якщо станеться вибух, викид гарячої олії (D6) і при цьому не буде засобів захисту (D4). Вибух, викид гарячої олії (D6) відбудеться обов'язково, якщо відбулося коротке замикання ліній споживача - (KZ), не спрацював токовий захист трансформатора - (SGR), і лінія споживача (OF) підключиться до несправного трансформатора (D8). Складну подію D8 (причину) розглянемо як результат появи двох причин: D2 і D3.

Рис. 2. Дерево відмов моделі нещасного випадку для електриків

Отже, можна побудувати 5-ти рівневу структурно-логічну модель НВ. Як показано на рис. 2, НВ може відбутися в результаті поки що не розкритих причин: D2, D3, D4, D5 і незалежних (базисних) подій: KZ, SGR, OF. Якщо є інші, на даному етапі не враховані варіанти появи НВ, то їх завжди можна включити в модель, оскільки маємо однозначну логічну залежність імовірності НВ від складових подій.

Наведене вище можна записати у вигляді булевого виразу:

(2)

За допомогою моделі можливі аналіз й розрахунок будь-яких складних причин, у тому числі: D6, D7, D8:

(3)

(4)

(5)

Побудована структурно-логічна модель НВ є деревом відмов (ДВ) системи, яке може бути побудоване за допомогою існуючих спеціальних пакетів прикладних програм, наприклад: IRRAS, SAPFIR, RISK SPECTRUM, REVIL та ін. Ці програми можна використовувати при проведенні розрахунків ймовірностей та операції аналізу систем.

Відповідно до акту розслідування, персоналом при виконанні роботи допущено ряд грубих порушень правил технічної експлуатації (ПТЕ). В моделі ймовірність помилкових дій представлена базисною подією D25 (людський чинник). Розрахунок ймовірності помилкових дій проводиться на основі методики THERP. Дерево помилок персоналу представлене на рис. 3.

Аварійні послідовності:

ABCD - послідовність, що реально відбулася,

aВ - можлива аварійна послідовність,

abCD - можлива аварійна послідовність.

Розрахункові ймовірності аварійних послідовностей відповідно будуть:

РАВСD = РА• РВ• РС• РD = 0,502*1*0,595*0,765 = 0,230.

РaB = Ра• РВ = 0,498*1 = 0,498;

РаbCD = Ра• Рв• РС• РD = 0,498*0*0,595*0,765 = 0

Загальна імовірність неправильних дій Р? = 0,230 + 0,498 + 0 = 0,728, це неприпустимо велике значення, звичайне значення імовірності помилки знаходиться в інтервалі (0,001; 0,3).

Визначення мінімальних перерізів та розрахунок імовірності небажаної події пакетом програм “IRRAS” проводиться одночасно. Ймовірність небажаної події - “летальний кінець для електриків” для наведеного прикладу по середніх статистичних даних дуже мала і складає Рл.і = 2,86Е-008, для умов виробництва, що розглядається в прикладі Рл.і = 3,75E-002 - неприпустимо велике значення.

Аналіз залежності ризику від найбільш важливих подій - “аналіз чутливості” проводиться для найбільш важливих базисних подій. Графіки похідних представлені на рис. 4. Застосування моделі надає можливість одержання умовних імовірностей подій більш високого порядку, якщо відбулися ті або інші події більш низького порядку. Проведено розрахунок умовних імовірностей: летального результату вибуху D1, вибуху (викиду гарячої олії ) - D6 і одержання опіків - D7, якщо відбулася відмова трансформатора - D8 за умови порушень ПТЕ.

Рис. 4. Залежність імовірності НВ (D1) від імовірностей базисних подій

У четвертому розділі наводяться алгоритми методів оцінки стану безпеки за допомогою імовірнісного структурно-логічного моделювання з використанням пакетів прикладних програм.

Наводиться опис процедури попереднього аналізу даних, що використовуються для характеристики стану безпеки. Збір даних проводиться шляхом перевірок фактичного стану та аналізу відповідних форм звітності й карт охорони праці підприємства. Для коректного проведення розрахунків за допомогою запропонованих стохастичних структурно-логічних моделей отримані дані повинні пройти математичну процедуру аналізу даних, вони потребують обробки методами математичної статистики. Для кожного потоку подій, що характеризує базисну подію, необхідно визначати імовірнісні показники: закон розподілу, математичне очікування, дисперсію вибірки, стандартне відхилення, тощо. Наведено приклад статистичної обробки даних. Якщо немає можливості одержати вихідні дані описаним вище шляхом, то можна використовувати раніше підготовлені переліки (каталоги) параметрів галузі. У зв'язку з тим, що ці переліки або каталоги параметрів часто ґрунтуються на даних, які отримані з різних підприємств, їх ще також називають узагальненими. У цьому випадку задачі аналізу складаються в одержанні узагальненої бази даних та встановленні тих визначень, допущень і методології, що застосовувалися при її розробці. З такої бази даних також одержують точкові оцінки і відповідні їм невизначеності. Потім робиться доповнення узагальнених даних інформацією конкретного підприємства на основі байєсовських методів. Байєсовські методи визначення частоти вихідних подій використовуються також для поодиноких вихідних подій та випадків (P < 10-4 ). Використовуються поняття апріорної та апостеріорної інформації. Перехід від апріорної до апостеріорної інформації здійснюється на основі теореми Байєса:

P(A/B) ,

де P(A) - апріорна ймовірність події (узагальнені світові дані),

P(A/B) - апостеріорна імовірність події, тобто уточнені дані в результаті досвіду, результатом якого стала подія “B”.

Алгоритми оцінки стану безпеки підприємств наведені в такому переліку: загальний алгоритм оцінки безпеки, алгоритм оцінки безпеки підприємства галузі, алгоритм розробки рекомендацій по зменшенню ризику виробництв. Описані всі процедурі алгоритмів, для загального алгоритму оцінки безпеки вони наступні:

Вивчення стану безпеки підприємства.

Визначення базисних подій.

Проведення аналізу видів наслідків та відмов.

Побудова дерев подій та дерев відмов.

Підготовка даних та їх введення в комп'ютер.

Аналіз ДВ та розрахунки ймовірностей НВ.

Порівняння фактичного ризику з допустимим.

Розробка заходів щодо поліпшення стану безпеки.

Кожна з процедур є складною задачею, розв'язати яку можна з використанням пакетів прикладних програм, зокрема “IRRAS”.

Основні результати і висновки

В дисертаційній роботі проведено систематичне дослідження теоретичних основ управління техногенною безпекою міста (регіону) на основі нової концепції управління ризиками. Також розроблені практичні алгоритми оцінки стану безпеки підприємств на основі імовірнісних структурно-логічних моделей небезпечних виробництв, що надають можливість застосування комп'ютерно-орієнтованих методів управління рівнем безпеки виробництв, їх впливу на довкілля й відповідного державного контролю. Для досягнення поставленої мети вирішені наступні задачі:

Розроблена методика створення імовірнісних структурно-логічних моделей небезпечних виробництв, що забезпечують наукове обґрунтування та розроблення оптимальної структури розміщення техногенно-безпечних та ліквідації техногенно-небезпечних об'єктів на території України.

Розроблено наукові методи визначення найбільш значимих сполучень подій підприємств, що призводять до аварій, значимості подій та визначення на основі отриманих знань політики підприємства в сфері безпеки, заходів щодо зниження ризиків, а також інтегральної оцінки стану безпеки регіону шляхом системного вивчення моделі.

Вперше в Україні пропонуються процедури урахування людського чинника при моделюванні безпеки регіону. Наведені алгоритми розрахунку імовірності помилки людини - оператора з врахуванням внутрішніх та зовнішніх факторів: навченості та досвіду, стресу, ергономіки обладнання, обставин виконання роботи тощо.

Вперше розроблено алгоритм управління ризиком на основі вивчення поточного стану об'єктів підвищеної небезпеки з урахуванням суміжних виробництв. Це надає можливість територіальним державним органам контролю безпеки визначати фактичний стан безпеки як ризик для населення міста з врахуванням усієї множини виробництв розташованих на адміністративної території. Моніторинг рівня безпеки можливе здійснювати за розрахунком фактичного стану важливих обставин виробництва.

Вперше досліджуються функції чутливості ризику до найбільш важливих подій, що дозволяє здійснювати оптимальне управління. На основі цієї інформації, що отримується розрахунком, можливе розробка заходів щодо підвищення рівня безпеки з врахуванням їх кошторисної вартості та ранжування їх за першочерговістю виконання з точки зору зменшення ризику.

Розроблена методика придатна для експертизи об'єктів виробництва, що проектуються, нових та існуючих.

Основні публікації за темою дисертаційної роботи

Бегун В.В., Горбунов О.В., Каденко И.Н. и др. Вероятностный анализ безопасности атомных станций. К., 2000 г. -558 с.

Бєгун В.В., Науменко І.М. Безпека життєдіяльності (забезпечення соціальної, техногенної та природної безпеки).- К., 2004. - 328 с. .

Бєгун В.В., Науменко І.М., Петренко В.Л., Фурман А.В. Параметричні характеристики ризику як критерій соціально-екологічної безпеки. Соціальні ризики. т. П. - К.: Фоліант, 2004, -С. 522-554.

Бегун В.В., Науменко І.М., Лисиченко Г.В., Баклан В.О. Методологічні проблеми управління ризиком // Інститут проблем моделювання в енергетиці. -К. - 2002. - Вип.16. - С. 24-29.

Бєгун В.В. Анализ и учет человеческого фактора Чернобыльской аварии 26 апреля 1986 года современными методами // Ядерная и радиационная безопасность.- 2003. - № 1. - С.52-61.

В.В. Бегун, Ю.М Коростіль, А.В. Шелепов. Возможность повышения КИУМ за счет внедрения систем диагностики ТГУ. //Збірнник наукових праць. Інститут Проблем Моделювання в Енергетиці., вип.17, Київ, 2002. - с. 80- 91.

Бєгун В.В., Науменко І.М., Осипенко С.І., Петренко В.Л. Змістова частина галузевих стандартів вищої освіти підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційних рівнів молодшого спеціаліста та бакалавра щодо гуманітарної, соціально-економічної та екологічної освіти з безпеки життєдіяльності людини й охорони праці // Інформаційний вісник вищої освіти.- 2003 - № 11, - 64 с.

Бєгун В.В., Зацарний В.В. Методики визначення ризиків та їх прийнятних рівнів для декларування об'єктів підвищеної небезпеки // Проблема охорони праці в Україні. - 2003. -Вип.7. - С. 42-53.

Бегун В.В., Коростиль Ю. М. Анализ текущего состояния конденсационной установки АЭС на основе риск ориентированного подхода и методологии ВАБ // Моделювання та інформаційні технології. - К.: ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова НАН України. - 2004. -Вип. 27. - С.96-108.

Бєгун В.В., Коростіль Ю. М.. Побудова структурно-логічних моделей оцінки професійного ризику на виробництві // Моделювання та інформаційні технології. - К.: ІПМЕ ім. Г.Є. Пухова НАН України. - 2004. Вип. 28. - С. 72-88.

Бєгун В.В., Харченко І.О., Денисова О.О. Застосування ризик орієнтованого підходу в галузі пожежної безпеки // Науковий вісник УкрНДІПБ. - 2005. - №1 (11), - С. 17-23

Науменко І.М., Бєгун В.В. Ризик - орієнтований підхід. Надзвичайна ситуація, 2003, №1.

Бєгун В.В., Науменко І.М. Алгоритм запобігання надзвичайним ситуаціям // Надзвичайна ситуація. - 2004. - №1. - С. 21-23

Бєгун В.В. Лисюк М.О. До питання удосконалення процесу декларування безпеки // Інформаційний бюлетень з промислової безпеки. ННДІОП. - 2006. - №2. - С. 12-14.

Бєгун В.В., Тищенко В.О. Теоретичні основи управління ризиком на основі аналізу імовірнісних структурно логічних моделей систем // Тези науково-технічної конференції АЦЗУ МНС “Застосування інформаційних технологій для підвищення ефективності управління у сфері цивільного захисту”. - Харків. - 2006. - С.25-29.

Концепція управління ризиками надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру. Проект. http://www.mns.gov.ua/освіта та наука;

Анотація

Бєгун В.В. Розробка методів управління техногенною безпекою міста на основі імовірнісних структурно-логічних моделей небезпек виробництв.

Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, 2007.

Ризик-орієнтований підхід та імовірнісні методи є основою опису й аналізу безпеки. Імовірнісні моделі складаються з дерев подій, що відображають імовірні сценарії розвитку аварій та можливі кінцеві стани, та дерев відмов, що визначають імовірності відмов нормального функціонування систем. За допомогою моделей, крім розрахунків ймовірностей, можна проводити аналіз систем - визначення можливих комбінацій подій, що призводять до аварій, та визначити важливість цих подій, що створює передумови управління техногенною безпекою. На основі отриманих знань можливо визначити політику підприємств в сфері безпеки, заходи щодо зниження ризиків, а також здійснити інтегральну оцінку стану безпеки регіону шляхом системного вивчення моделі. Розроблена методика забезпечує наукове обґрунтування та розроблення оптимальної структури розміщення техногенно-безпечних та ліквідації або обмеження діяльності техногенно-небезпечних об'єктів на території України.

Ключові слова: безпека, ризик, імовірнісна модель, небезпечні виробництва, аналіз безпеки, людський чинник.

Бегун В.В. Разработка методов управления техногенной безопасностью города на основе вероятностных структурно-логических моделей опасностей производств.

Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Институт проблем моделирования в энергетике
им. Г.Е. Пухова НАН Украины, Киев, 2007.

Рассмотрены научные и практические вопросы регулирования техногенной безопасности, которая является основой экологической безопасности. По результатам статистических данных о смертности в Украине на протяжении длительного периода и анализа действующих методик регулирования безопасности сделан вывод о неэффективности действующей системы регулирования безопасности производства на основе концепции обеспечения 100% безопасности и необходимости перехода на рыночные принципы саморегулирования безопасности, основанные на концепции принятого риска.

Управление риском объектов повышенной опасности (ОПО) понимается как процесс принятия решений по оптимизации роботы ОПО в нормальных условиях и условиях аварий при существующих неопределённостях случайных процессов, характеризующих роботу ОПО. ОПО рассматривается как система, которую можно характеризовать некоторыми статистиками случайных процессов и случайных величин - базисными событиями. Детально рассмотрены алгоритмы построения вероятностных имитационных структурно-логических моделей систем (ОПО) с учётом возможных ошибок человека в процессе производственной деятельности и при ликвидации вероятных аварий. Вероятностные имитационные структурно-логические модели систем состоят из деревьев событий (ДС) и деревьев отказов (ДО) подсистем. Деревья событий отображают возможные сценарии развития аварий в зависимости от успешного или неуспешного срабатывания подсистем, при этом определяются вероятности конечных состояний - возможный ущерб, размер которого рассчитывается детерминистическими методами. Алгоритмы построения вероятностных имитационных структурно-логических моделей подсистем - ДО, распространяются на системы с материальными и логическими связями, что делает возможным их применение для всех типов производств и систем, в том числе, для анализа социальных опасностей.

Приводится методика анализа риска ОПО на основе анализа моделей систем, для чего используются компьютерные коды, разработанные для вероятностного анализа безопасности АЭС. Описаны наиболее важные процедуры анализа систем: получение упорядоченного множества возможных комбинаций базисных событий, приводящих к нежелательному событию, анализ важности базисных событий и анализ чувствительности. На основе такого анализа разработан метод предупреждения аварий и других нежелательных событий воздействия опасных и вредных факторов на персонал, население и окружающую среду.

Теоретическое обоснование управления безопасностью на основе концепции управления рисками дается на основе теории управления случайными процессами. Доказано, что задача управления риском при использовании вероятностных имитационных структурно-логических моделей сводится к задаче поиска экстремума с ограничениями, решение которой возможно различными, хорошо известными, методами. Разработка методики управления техногенной безопасностью города проведена на основе приведенной теоретической базы. Начальные условия расчетов по методике представлены в виде, который обычно имеет место на ОПО до начала расчетов: проведена идентификация рисков и разработан план ликвидации аварийных состояний (ПЛАС); идентифицированы факторы опасностей, известны примерные сценарии развития аварий по каждому из них, известны возможные конечные состояния (КС); условия перехода от одного сценария к другому, как правило, неизвестны по причине нечетко определенных систем безопасности (СБ), их состояния и участия оператора в их работе во время аварии; из ПЛАС известны действия персонала.

Приводится также процедура обследования опо до декларирования, цель которой состоит в том, чтобы выяснить фактическое состояние систем, а содержание изложено как процедуры предварительного анализа для выполнения расчетов техногенной безопасности. Процедура разработки вероятных сценариев и расчетной модели является основной процедурой методики. Приводится также методика учета взаимного влияния ОПО города или региона.

В алгоритмы управления безопасностью на основе вероятностных имитационных структурно-логических моделей легко вписываются данные мониторинга ОПО, т.е. представляется возможным проведение текущих оценок риска при нарушениях и отклонениях в работе ОПО, что может быть использовано для проведения самооценок безопасности или инспекционных проверках.

Begun V.V. Development of the control methods for the technogenic safety of the town on the basis of structured logical probabilistic models of the industrial hazards. Manuscript.

Thesis for the Candidate's of Sciences degree (Technical).

21.06.01 - Ecological Safety. - G.E. Pukhov's Institute of Modelling Problems in Power Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.

The risk oriented treatment and the probabilistic methods are the basis for the description and the analysis of the safety. The probabilistic models consist of event trees and of fault trees. The first one reflects the probabilistic scenarios of accident sequences and the possible endstates and the second one defines the probabilities of system normal operation failure. These models gives us the opportunity to perform the analysis of systems. This analysis includes the determination of possible combinations of events, which lead to the accidents, and the determination of importance of these events. All these leads to the opportunity of technogenic safety control. It is possible on the basis of modelling results to define the safety policy of industrial objects, the risk reduction procedures and to perform the integral estimation of regional safety. Proposed method provides the scientific basis and the development of optimal siting structure of technogenically safe and of elimination or restriction of activity of technogenically hazardous industrial objects in Ukraine.

Keywords: safety, risk, probabilistic model, industrial hazards, safety analysis, human factor.

Размещено на Allbest.ru

...